張桂蕓, 王元元

(1.天津師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 天津300387; 2.解放軍理工大學(xué)計(jì)算機(jī)系 江蘇南京210007)

基于LOBA邏輯的情感主體更新模型

張桂蕓1, 王元元2

(1.天津師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 天津300387; 2.解放軍理工大學(xué)計(jì)算機(jī)系 江蘇南京210007)

為使智能主體能夠有效處理情感,提出一種基于情感強(qiáng)度的情感主體更新體系結(jié)構(gòu),以及基于LOBA邏輯的情感主體更新模型.該模型為構(gòu)建支持情感推理的情感規(guī)則庫(kù)提供了理論依據(jù).

LOBA邏輯;情感主體;情感更新模型

0 引言

心理學(xué)對(duì)情感的一種解釋是:情感是智能主體對(duì)自身狀態(tài)以及智能主體及環(huán)境間關(guān)系狀況的評(píng)價(jià)[1].神經(jīng)生理學(xué)家Damasio研究發(fā)現(xiàn),由于控制邏輯推理的大腦皮層和控制情感的邊緣系統(tǒng)之間通道的缺損,病人盡管具有正常甚至超常的理性思維和邏輯推理能力,但嚴(yán)重阻礙了決策能力的運(yùn)用[2].目前的計(jì)算機(jī)從原理上講主要是基于邏輯推理式系統(tǒng),根本不存在情感能力,人工智能也只是邏輯推理能力的體現(xiàn).然而,作為一個(gè)擁有智能的主體,情感方面的能力也是主體智能向人類智能演化過程中不可缺少的一部分.

文[3-7]的情感模型采用的基本上是非形式化的描述框架,沒有給出統(tǒng)一的形式表示語言及在此基礎(chǔ)上建立的推理機(jī)制.

情感也是構(gòu)建可信主體的一個(gè)重要工具.情感使得主體的心理過程更符合人類的一般規(guī)律,從而提高主體的可信性.可信主體邏輯LOBA[8](logic of believable agents)是在KARO邏輯和LORA邏輯的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種多模態(tài)邏輯,試圖通過邏輯的方法對(duì)可信主體建立一個(gè)主體認(rèn)知過程模型,并用LOBA進(jìn)行形式化表示.在主體認(rèn)知過程的模型中,考慮包括主體的感知、信念、情緒、期望、目標(biāo)、意圖、承諾在內(nèi)的各種認(rèn)知成分,通過引入相應(yīng)的認(rèn)知?jiǎng)幼骱头钦J(rèn)知產(chǎn)生的情感進(jìn)行推理,以此更新情感主體.LOBA邏輯擴(kuò)展了KARO邏輯和LORA邏輯,將主體的情緒和認(rèn)知?jiǎng)幼鞫甲鳛槟B(tài)算子進(jìn)行處理,LOBA可以在更細(xì)的粒度上來刻畫主體情感的動(dòng)態(tài)更新過程.

本文將6種基本情感納入到主體的邏輯模型中,并加入情感強(qiáng)度的計(jì)算與判斷,提出一種情感主體更新的體系結(jié)構(gòu),以及基于LOBA邏輯的情感主體描述模型,以期構(gòu)建通用的情感主體描述模型和情感更新機(jī)制.

1 情感智能主體更新的體系結(jié)構(gòu)

1.1 情感強(qiáng)度與激活閾值

情感強(qiáng)度受很多因素的影響,包括內(nèi)部的影響因子(如情感的自我衰減)和外部的影響因子(如外部事件的刺激).這些影響因子直接和相應(yīng)的情感產(chǎn)生器對(duì)應(yīng),并且根據(jù)對(duì)情感強(qiáng)度的加強(qiáng)或削弱作用分為興奮性的因子和抑制性的因子.

假設(shè)有k種基本情感,則情感強(qiáng)度可以定義為

其中,Iei,t表示在時(shí)刻t情感ei的強(qiáng)度值;Ψ()是衰減函數(shù),指定情感ei衰減的方式;δt(el)是在t時(shí)刻所有情感產(chǎn)生器的總效應(yīng)和;λki是情感ek對(duì)情感ei的影響因子(包括抑制性的和興奮性的),若情感ei抑制情感ej,則λij<0(抑制性因子);若情感ei加強(qiáng)情感ej,則λij>0(興奮性因子);若情感ei對(duì)情感ej沒有直接影響或i =j,則λij=0.

某種情感的強(qiáng)度達(dá)到一定程度就會(huì)激活這種情感,這時(shí)情感強(qiáng)度的大小就稱為此情感的激活閾值.個(gè)體的性格差異直接影響著激活閾值的水平,激活閾值描述為

其中,ω表示激活閾值;ω0是激活閾值常量,表示個(gè)體的平均激活水平;ε表示性格對(duì)情感閾值的影響因子.

個(gè)體在t時(shí)刻的情感狀態(tài)由向量Et給出,Et=(e0,t,e1,t,…,ei,t,…,ek,t),i=0,…,k,

人的情感狀態(tài)可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷變遷,隨著情感狀態(tài)的變遷,情感狀態(tài)向量也不斷更新.

1.2 情感主體更新過程與體系結(jié)構(gòu)

認(rèn)知在情感產(chǎn)生過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,但是認(rèn)知過程又異常復(fù)雜,目前在認(rèn)知科學(xué)和心理學(xué)上都還沒有公認(rèn)的模型[9].我們通過主體信念、愿望、規(guī)范等認(rèn)知要素協(xié)同作用,根據(jù)情感強(qiáng)度的計(jì)算和判斷以及主體知識(shí)中已有的關(guān)于情感產(chǎn)生的規(guī)則,使主體更新自己的情感,并通過相應(yīng)的行為將情感表達(dá)出來.主體情感的更新過程包括如下步驟:

step1主體通過感知模塊感知外部環(huán)境事件,并和已有信念通過信念更新模塊更新自己的信念.

step2主體根據(jù)新的信念,在情感規(guī)則庫(kù)的指導(dǎo)下,與已有愿望、規(guī)范、偏好等相互作用,計(jì)算情感強(qiáng)度,做閾值判斷,實(shí)施情感激活.

step3通過情感更新模塊作用于智能主體情感產(chǎn)生新的情感狀態(tài).

step4主體在新信念和新情感狀態(tài)的作用下,通過愿望更新模塊產(chǎn)生新的愿望,繼而產(chǎn)生新的目標(biāo)、意圖,直至在意圖、承諾作用下產(chǎn)生行為作用于外部環(huán)境.

我們將情感更新模塊嵌入到原有BD I主體的模型中,提出一種基于情感強(qiáng)度計(jì)算與判斷的情感主體體系結(jié)構(gòu),包含了上述情感更新過程,如圖1所示.圖中的“情感更新模塊”代表了認(rèn)知評(píng)價(jià)部分,一個(gè)擁有正常情感的主體,將在環(huán)境中不斷重復(fù)著上述過程,對(duì)外部環(huán)境中的變化做出情感更新與響應(yīng).

圖1 情感智能主體更新體系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure fo r emotional agent update

2 情感智能主體的模型描述

2.1 模型動(dòng)作描述

首先,說明模型中的動(dòng)作語法符號(hào).

對(duì)動(dòng)作算子的解釋借鑒了可信主體邏輯LOBA[8],將動(dòng)作區(qū)分為非認(rèn)知?jiǎng)幼骱驼J(rèn)知?jiǎng)幼?將情感的更新過程也看作認(rèn)知?jiǎng)幼?從而在認(rèn)知?jiǎng)幼髦袑?duì)其進(jìn)行更細(xì)粒度的刻畫,公式定義為

這里,我們選取最具一般性的人類的6種基本情感:快樂、悲傷、恐懼、憤怒、驚訝、厭惡,來對(duì)它們的推理過程進(jìn)行建模.Happyiφ,Sadiφ,Fearfuliφ,Angryiφ,Surp riseiφ,Disgustiφ表示主體對(duì)φ分別具有上述6種情感,從而將情感作為新的算子引入BD I模型.

Doneiα表示i執(zhí)行了非認(rèn)知?jiǎng)幼鳓?Abliα表示i有能力執(zhí)行非認(rèn)知?jiǎng)幼鳓?Comiα表示i承諾執(zhí)行非認(rèn)知?jiǎng)幼鳓?Obli(j,α)表示i認(rèn)為j有義務(wù)執(zhí)行非認(rèn)知?jiǎng)幼鳓?Fbdi(j,α)表示i認(rèn)為j不應(yīng)該執(zhí)行非認(rèn)知?jiǎng)幼鳓? [doi(γ)]φ表示如果i執(zhí)行動(dòng)作γ則必然φ.

需要說明的是,Doneiα、Abliα、Comiα、Obli(j,α)、Fbdi(j,α)并不是嚴(yán)格意義上的模態(tài)算子,而是在特定模型上解釋的謂詞.

將一個(gè)全局狀態(tài)定義為δ=〈e,mi〉,其中e表示環(huán)境狀態(tài),mi表示主體i的心智狀態(tài).在此基礎(chǔ)上,我們對(duì)情感智能主體給出如下定義.

2.2 情感智能主體的形式化描述

定義1一個(gè)情感主體心智狀態(tài)模型S是一個(gè)十元組:

其中Δ={δ},{RT},{RPi},{RBi},{RDi},{RGi},{RIi},{RCi},{REi}都是Δ上的可達(dá)關(guān)系,RT為時(shí)序上的可達(dá)關(guān)系,RPi,RBi,RDi,RGi,RIi,RCi,REi分別表示主體感知、信念、愿望、目標(biāo)、意圖、承諾、情感上的可達(dá)關(guān)系.

fp rop:Δ→2{p}是從全局狀態(tài)集合Δ到原子命題集合{p}的冪集上的映射.

定義2一個(gè)情感主體心智更新模型N是一個(gè)二元組,N=〈{〈S,δ〉},{Rβ}〉,其中〈S,δ〉為全局狀態(tài)δ及其所對(duì)應(yīng)的主體心智狀態(tài)模型S的序?qū)?{Rβ}為認(rèn)知?jiǎng)幼鳓略谥黧w心智狀態(tài)序?qū)蟵〈S,δ〉}上的可達(dá)關(guān)系集合,表示主體心智狀態(tài)隨認(rèn)知?jiǎng)幼鞯母?所有的認(rèn)知?jiǎng)幼骺蛇_(dá)關(guān)系應(yīng)當(dāng)滿足:任一認(rèn)知?jiǎng)幼鳓伦饔糜谛闹菭顟B(tài)時(shí),只會(huì)影響該認(rèn)知?jiǎng)幼魉婕暗目蛇_(dá)關(guān)系,而心智狀態(tài)其余內(nèi)容保持不變.

基于此形式化描述的公理(后續(xù)論文給出)將作為情感更新的規(guī)則,被置入情感規(guī)則庫(kù)中.當(dāng)新信念形成時(shí),情感更新模塊將它與已有愿望或規(guī)范通過公理進(jìn)行模式上的匹配,以及情感激活的計(jì)算與閾值判斷、推理,從而確定主體會(huì)產(chǎn)生何種情感更新.

3 結(jié)束語

情感的可計(jì)算模型在虛擬環(huán)境交互、決策支持、主體協(xié)作中都極其有用.本文比較系統(tǒng)地將情感納入到主體的邏輯模型中,構(gòu)建了通用的情感主體更新模型,并描述情感更新的機(jī)制.該模型能夠充分體現(xiàn)情感主體的本質(zhì)特征和運(yùn)行機(jī)制,使情感主體有較強(qiáng)的表達(dá)能力和擴(kuò)展能力,為構(gòu)建支持情感推理的情感規(guī)則庫(kù)提供理論依據(jù).

[1] O rtony A,Clore G,Collins A.The Cognitive Structure of Emotions[M].Cambridge,UK:Cambridge University Press,1988.

[2] Damasio A.Descartes’Error:Emotion,Reason,and the Human Brain[M].New York:Harper Perennial,1995.

[3] M eyer J J C.Reasoning about emo tional agents[J].International Journal of Intelligence System s,2006,21(6): 601-619.

[4] Adam C,Gaudou B,Herzig A,et al.OCC’s emotions:a fo rmalization in a BD Ilogic[C]//Proceedingsof 12th International Conference on A rtificial Intelligence:Methodology,Systems and App lications.Varna,Bulgaria,2006:24-32.

[5] Ochs M,Niew iadomski R,Pelachaud C,et al.Intelligent exp ressions of emotions[C]//Proceedings of the 1st International Conference on Affective Computing and Intelligent Interaction.Beijing,2005:707-714.

[6] 張冬蕾,史忠植,潘瑜.情感主體形式模型[J].模式識(shí)別與人工智能,2009,22(3):381-387.

[7] Pan Yu,Cao Cungen,Sui Yuefei.A logic of believable agents[C]//Proceedingsof the 5th IEEE International Conference on Cognitive Info rmatics.Beijing,2006:185-194.

[8] 潘瑜曹存根眭躍飛.基于LOBA邏輯的言語行為表示[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2007,44(3):420-426.

[9] Gratch J,Marsella S.A domain independent framework for modeling emotion[J].Journal of Cognitive System s Research,2004,5(4):269-306.

Model of Emotional Agent Based on the LOBA

ZHANG Gui-yun1, WANG Yuan-yuan2
(1.School of Com puter and Inform ation Engineering,Tianjin Norm al University,Tianjin 300387,China;2.Department of Com puter Science,PLA University of Science and Technology,N anjing 210007,China)

To enable intelligent agents effectively deal w ith emotion,the architecture of emotional agent update p rocess is p resented.A nd based on the LOBA logic the fo rmal descrip tion and axiom s derived about emotional agent are described.The model p rovides theoretical foundation for the construction of emotional rule base that suppo rts emotion reasoning.

LOBA logic;emotional agent;model of emotion update

TP 181

A

1671-6841(2010)03-0067-04

2010-02-24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目,編號(hào)60970060;天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目,編號(hào)09ZCKFGX00500;天津市教委資助項(xiàng)目,編號(hào)20071328;天津師范大學(xué)博士基金資助項(xiàng)目,編號(hào)52LX17.

張桂蕓(1965-),女,教授,主要從事人工智能和數(shù)據(jù)挖掘研究,E-mail:dyxy1999@126.com.