基于LOBA逻辑的情感主体更新模型

张桂芸, 王元元

(1.天津师范大学计算机与信息工程学院 天津300387; 2.解放军理工大学计算机系 江苏南京210007)

基于LOBA逻辑的情感主体更新模型

张桂芸1, 王元元2

(1.天津师范大学计算机与信息工程学院 天津300387; 2.解放军理工大学计算机系 江苏南京210007)

为使智能主体能够有效处理情感,提出一种基于情感强度的情感主体更新体系结构,以及基于LOBA逻辑的情感主体更新模型.该模型为构建支持情感推理的情感规则库提供了理论依据.

LOBA逻辑;情感主体;情感更新模型

0 引言

心理学对情感的一种解释是:情感是智能主体对自身状态以及智能主体及环境间关系状况的评价[1].神经生理学家Damasio研究发现,由于控制逻辑推理的大脑皮层和控制情感的边缘系统之间通道的缺损,病人尽管具有正常甚至超常的理性思维和逻辑推理能力,但严重阻碍了决策能力的运用[2].目前的计算机从原理上讲主要是基于逻辑推理式系统,根本不存在情感能力,人工智能也只是逻辑推理能力的体现.然而,作为一个拥有智能的主体,情感方面的能力也是主体智能向人类智能演化过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,没有给出统一的形式表示语言及在此基础上建立的推理机制.

情感也是构建可信主体的一个重要工具.情感使得主体的心理过程更符合人类的一般规律,从而提高主体的可信性.可信主体逻辑LOBA[8](logic of believable agents)是在KARO逻辑和LORA逻辑的基础上发展出来的一种多模态逻辑,试图通过逻辑的方法对可信主体建立一个主体认知过程模型,并用LOBA进行形式化表示.在主体认知过程的模型中,考虑包括主体的感知、信念、情绪、期望、目标、意图、承诺在内的各种认知成分,通过引入相应的认知动作和非认知产生的情感进行推理,以此更新情感主体.LOBA逻辑扩展了KARO逻辑和LORA逻辑,将主体的情绪和认知动作都作为模态算子进行处理,LOBA可以在更细的粒度上来刻画主体情感的动态更新过程.

本文将6种基本情感纳入到主体的逻辑模型中,并加入情感强度的计算与判断,提出一种情感主体更新的体系结构,以及基于LOBA逻辑的情感主体描述模型,以期构建通用的情感主体描述模型和情感更新机制.

1 情感智能主体更新的体系结构

1.1 情感强度与激活阈值

情感强度受很多因素的影响,包括内部的影响因子(如情感的自我衰减)和外部的影响因子(如外部事件的刺激).这些影响因子直接和相应的情感产生器对应,并且根据对情感强度的加强或削弱作用分为兴奋性的因子和抑制性的因子.

假设有k种基本情感,则情感强度可以定义为

其中,Iei,t表示在时刻t情感ei的强度值;Ψ()是衰减函数,指定情感ei衰减的方式;δt(el)是在t时刻所有情感产生器的总效应和;λki是情感ek对情感ei的影响因子(包括抑制性的和兴奋性的),若情感ei抑制情感ej,则λij<0(抑制性因子);若情感ei加强情感ej,则λij>0(兴奋性因子);若情感ei对情感ej没有直接影响或i =j,则λij=0.

某种情感的强度达到一定程度就会激活这种情感,这时情感强度的大小就称为此情感的激活阈值.个体的性格差异直接影响着激活阈值的水平,激活阈值描述为

其中,ω表示激活阈值;ω0是激活阈值常量,表示个体的平均激活水平;ε表示性格对情感阈值的影响因子.

个体在t时刻的情感状态由向量Et给出,Et=(e0,t,e1,t,…,ei,t,…,ek,t),i=0,…,k,

人的情感状态可能会随着时间的推移而不断变迁,随着情感状态的变迁,情感状态向量也不断更新.

1.2 情感主体更新过程与体系结构

认知在情感产生过程中发挥了关键作用,但是认知过程又异常复杂,目前在认知科学和心理学上都还没有公认的模型[9].我们通过主体信念、愿望、规范等认知要素协同作用,根据情感强度的计算和判断以及主体知识中已有的关于情感产生的规则,使主体更新自己的情感,并通过相应的行为将情感表达出来.主体情感的更新过程包括如下步骤:

step1主体通过感知模块感知外部环境事件,并和已有信念通过信念更新模块更新自己的信念.

step2主体根据新的信念,在情感规则库的指导下,与已有愿望、规范、偏好等相互作用,计算情感强度,做阈值判断,实施情感激活.

step3通过情感更新模块作用于智能主体情感产生新的情感状态.

step4主体在新信念和新情感状态的作用下,通过愿望更新模块产生新的愿望,继而产生新的目标、意图,直至在意图、承诺作用下产生行为作用于外部环境.

我们将情感更新模块嵌入到原有BD I主体的模型中,提出一种基于情感强度计算与判断的情感主体体系结构,包含了上述情感更新过程,如图1所示.图中的“情感更新模块”代表了认知评价部分,一个拥有正常情感的主体,将在环境中不断重复着上述过程,对外部环境中的变化做出情感更新与响应.

图1 情感智能主体更新体系结构图Fig.1 Structure fo r emotional agent update

2 情感智能主体的模型描述

2.1 模型动作描述

首先,说明模型中的动作语法符号.

对动作算子的解释借鉴了可信主体逻辑LOBA[8],将动作区分为非认知动作和认知动作,将情感的更新过程也看作认知动作,从而在认知动作中对其进行更细粒度的刻画,公式定义为

这里,我们选取最具一般性的人类的6种基本情感:快乐、悲伤、恐惧、愤怒、惊讶、厌恶,来对它们的推理过程进行建模.Happyiφ,Sadiφ,Fearfuliφ,Angryiφ,Surp riseiφ,Disgustiφ表示主体对φ分别具有上述6种情感,从而将情感作为新的算子引入BD I模型.

Doneiα表示i执行了非认知动作α;Abliα表示i有能力执行非认知动作α;Comiα表示i承诺执行非认知动作α;Obli(j,α)表示i认为j有义务执行非认知动作α;Fbdi(j,α)表示i认为j不应该执行非认知动作α; [doi(γ)]φ表示如果i执行动作γ则必然φ.

需要说明的是,Doneiα、Abliα、Comiα、Obli(j,α)、Fbdi(j,α)并不是严格意义上的模态算子,而是在特定模型上解释的谓词.

将一个全局状态定义为δ=〈e,mi〉,其中e表示环境状态,mi表示主体i的心智状态.在此基础上,我们对情感智能主体给出如下定义.

2.2 情感智能主体的形式化描述

定义1一个情感主体心智状态模型S是一个十元组:

其中Δ={δ},{RT},{RPi},{RBi},{RDi},{RGi},{RIi},{RCi},{REi}都是Δ上的可达关系,RT为时序上的可达关系,RPi,RBi,RDi,RGi,RIi,RCi,REi分别表示主体感知、信念、愿望、目标、意图、承诺、情感上的可达关系.

fp rop:Δ→2{p}是从全局状态集合Δ到原子命题集合{p}的幂集上的映射.

定义2一个情感主体心智更新模型N是一个二元组,N=〈{〈S,δ〉},{Rβ}〉,其中〈S,δ〉为全局状态δ及其所对应的主体心智状态模型S的序对,{Rβ}为认知动作β在主体心智状态序对集合{〈S,δ〉}上的可达关系集合,表示主体心智状态随认知动作的更新.所有的认知动作可达关系应当满足:任一认知动作β作用于心智状态时,只会影响该认知动作所涉及的可达关系,而心智状态其余内容保持不变.

基于此形式化描述的公理(后续论文给出)将作为情感更新的规则,被置入情感规则库中.当新信念形成时,情感更新模块将它与已有愿望或规范通过公理进行模式上的匹配,以及情感激活的计算与阈值判断、推理,从而确定主体会产生何种情感更新.

3 结束语

情感的可计算模型在虚拟环境交互、决策支持、主体协作中都极其有用.本文比较系统地将情感纳入到主体的逻辑模型中,构建了通用的情感主体更新模型,并描述情感更新的机制.该模型能够充分体现情感主体的本质特征和运行机制,使情感主体有较强的表达能力和扩展能力,为构建支持情感推理的情感规则库提供理论依据.

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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

国家自然科学基金资助项目,编号60970060;天津市科技支撑计划重点资助项目,编号09ZCKFGX00500;天津市教委资助项目,编号20071328;天津师范大学博士基金资助项目,编号52LX17.

张桂芸(1965-),女,教授,主要从事人工智能和数据挖掘研究,E-mail:dyxy1999@126.com.