1.一種將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等價(jià)轉(zhuǎn)換為因子圖的方法,包括下列步驟:
S1:輸入待轉(zhuǎn)換為因子圖的貝葉斯網(wǎng)絡(luò);
S2:依次按轉(zhuǎn)換規(guī)則1、2和3將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等價(jià)轉(zhuǎn)換為因子圖:
轉(zhuǎn)換規(guī)則1:創(chuàng)建因子圖的所有變量節(jié)點(diǎn),它們分別對應(yīng)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的所有隨機(jī)變量節(jié)點(diǎn);
轉(zhuǎn)換規(guī)則2:創(chuàng)建因子圖的所有因子節(jié)點(diǎn)即局部函數(shù),它們分別對應(yīng)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中表示的所有局部條件分布;
轉(zhuǎn)換規(guī)則3:當(dāng)且僅當(dāng)因子圖中某個變量是一個局部函數(shù)的自變量時(shí),添加連接該變量節(jié)點(diǎn)與該局部函數(shù)即因子節(jié)點(diǎn)的無向邊;
S3:輸出轉(zhuǎn)換成的因子圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟S1中的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步包括:
貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的圖形表示如下:作為一種概率圖模型,貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一個有向無環(huán)圖,其中,每個節(jié)點(diǎn)表示一個隨機(jī)變量,每條有向邊連接一對具有父子關(guān)系的隨機(jī)變量節(jié)點(diǎn),每組具有相同子節(jié)點(diǎn)的有向邊表示一個隨機(jī)變量的局部條件分布,該局部條件分布以該隨機(jī)變量節(jié)點(diǎn)的若干個父節(jié)點(diǎn)所表示的隨機(jī)變量子集為條件,若該隨機(jī)變量節(jié)點(diǎn)沒有父節(jié)點(diǎn),則該局部條件分布就是該隨機(jī)變量的邊緣分布,于是,定義在所有隨機(jī)變量上的聯(lián)合分布可表示為所有局部條件分布的乘積;
貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的代數(shù)表示如下:貝葉斯網(wǎng)絡(luò)BN(X,A)表示為一個聯(lián)合分布的因子分解其中,p(X)是定義在隨機(jī)變量集X={x1,...,xK}上的聯(lián)合分布,每個p(xk|parentsk),k∈{1,...,K}是定義在隨機(jī)變量xk∈X上的一個局部條件分布,parentsk是xk節(jié)點(diǎn)的所有父節(jié)點(diǎn)所表示的隨機(jī)變量子集,若則p(xk|parentsk)=p(xk),從非空的parentsk中每個隨機(jī)變量節(jié)點(diǎn)到xk節(jié)點(diǎn)有一條有向邊,所有這樣的有向邊構(gòu)成貝葉斯網(wǎng)絡(luò)BN(X,A)的有向邊集A。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟S1中的因子圖進(jìn)一步包括:
因子圖的圖形表示如下:因子圖是由變量節(jié)點(diǎn)與因子節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的一個二分圖,其中,每個變量節(jié)點(diǎn)表示變量集中的一個變量,每個因子節(jié)點(diǎn)表示定義在變量子集上的一個局部函數(shù),當(dāng)且僅當(dāng)某個變量是一個局部函數(shù)的自變量時(shí),該變量節(jié)點(diǎn)與該因子節(jié)點(diǎn)之間有一條無向邊,于是,定義在變量集上的一個全局函數(shù)可表示為所有定義在變量子集上的局部函數(shù)的乘積;當(dāng)全局函數(shù)用于表示一組隨機(jī)變量的聯(lián)合分布時(shí),因子圖成為一種新穎的概率圖模型;
因子圖的代數(shù)表示如下:因子圖FG(X,F,E)表示為一個全局函數(shù)的因子分解其中,h(X)是定義在變量集X={x1,...,xK}上的全局函數(shù),每個局部函數(shù)fj(Xj),j∈{1,...,J}稱為定義在變量子集上的一個因子,所有這樣的局部函數(shù)構(gòu)成因子圖FG(X,F,E)的局部函數(shù)集F={f1,...,fJ},同時(shí),因子圖FG(X,F,E)的無向邊集E={(xj,fj)|iifxj∈Xj};當(dāng)全局函數(shù)h(X)用于表示定義在隨機(jī)變量集X上的聯(lián)合分布時(shí),因子圖FG(X,F,E)成為一個概率圖模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,所述步驟S2中的轉(zhuǎn)換規(guī)則1、2和3進(jìn)一步包括:
轉(zhuǎn)換規(guī)則1的代數(shù)表示如下:將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)BN(X,A)中全部K個隨機(jī)變量xk∈X,k∈{1,...,K}對應(yīng)地轉(zhuǎn)換為因子圖FG(X,F,E)中的K個變量k∈{1,...,K};
轉(zhuǎn)換規(guī)則2的代數(shù)表示如下:將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)BN(X,A)中定義在隨機(jī)變量xk∈X,k∈{1,...,K}上的K個局部條件分布p(xk|parentsk)對應(yīng)地轉(zhuǎn)換為因子圖FG(X,F,E)中的J個局部函數(shù)fj∈F,j∈{1,...,J},這里J=K,即j∈{1,...,K};
轉(zhuǎn)換規(guī)則3的代數(shù)表示如下:令因子圖FG(X,F,E)中全部J=K個局部函數(shù)fj∈F,j∈{1,...,J}分別表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)BN(X,A)中K個局部條件分布,即因子圖的局部函數(shù)fj(Xj)=p(xj|parentsj),j∈{1,...,K},這些局部函數(shù)對應(yīng)表示了因子圖FG(X,F,E)的無向邊集E={(xj,fj)|iif xj∈Xj};令因子圖FG(X,F,E)的全局函數(shù)h(X)表示定義在隨機(jī)變量集X上的聯(lián)合分布,即h(X)=p(X);于是,因子圖FG(X,F,E)所表示的全局函數(shù)的因子分解即為J=K,這個因子分解與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)BN(X,A)所表示的聯(lián)合分布的因子分解完全等價(jià)。
5.一種將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等價(jià)轉(zhuǎn)換為因子圖的系統(tǒng),包括:貝葉斯網(wǎng)絡(luò)輸入模塊、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)向因子圖等價(jià)轉(zhuǎn)換模塊、因子圖輸出模塊、人機(jī)交互界面,其中:
所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)輸入模塊用于實(shí)現(xiàn)輸入待轉(zhuǎn)換為因子圖的貝葉斯網(wǎng)絡(luò);
所述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)向因子圖等價(jià)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)一步包括三個子模塊:因子圖的變量節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建子模塊、因子圖的因子節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建子模塊和因子圖的無向邊添加子模塊,它們依次分別按轉(zhuǎn)換規(guī)則1、2和3實(shí)現(xiàn)將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等價(jià)轉(zhuǎn)換為因子圖;
上述轉(zhuǎn)換規(guī)則1、2和3具體為:
轉(zhuǎn)換規(guī)則1:創(chuàng)建因子圖的所有變量節(jié)點(diǎn),它們分別對應(yīng)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的所有隨機(jī)變量節(jié)點(diǎn);
轉(zhuǎn)換規(guī)則2:創(chuàng)建因子圖的所有因子節(jié)點(diǎn)即局部函數(shù),它們分別對應(yīng)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中表示的所有局部條件分布;
轉(zhuǎn)換規(guī)則3:當(dāng)且僅當(dāng)因子圖中某個變量是一個局部函數(shù)的自變量時(shí),添加連接該變量節(jié)點(diǎn)與該局部函數(shù)即因子節(jié)點(diǎn)的無向邊;
所述因子圖輸出模塊用于實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)換成的因子圖;
所述人機(jī)交互界面用于實(shí)現(xiàn)用戶與該系統(tǒng)之間的人機(jī)交互,包括:用戶通過此界面輸入并圖示一個貝葉斯網(wǎng)絡(luò),用戶通過此界面提交貝葉斯網(wǎng)絡(luò)向因子圖等價(jià)轉(zhuǎn)換的執(zhí)行指令,用戶通過此界面輸出并圖示一個轉(zhuǎn)換成的因子圖。