情感建模

一、情感建模

随着人工智能技术的发展，人机交互方式越来越向着人类自然交互方向发展，但传统的人机交互方式是机械化的，难以满足现在的需求。情感计算技术的引入，可以让机器像人一样的观察、理解和表达各种情感特征，就能在互动中与人发生情感上的交流，从而使得人与机器交流得更加自然、亲切和生动，让人产生依赖感，故情感计算及其在人机交互中的应用将是人工智能领域里一个重要的研究方向。

情感建模则是情感计算的重要过程，是情感识别、情感表达和人机情感交互的关键，其意义就在于通过建立情感状态的数学模型，能够更直观地描述和理解情感的内涵。

对于情感模型而言，由于其对情感描述方式的不同，可以分为维度情感模型、离散情感模型和其他的情感模型，但在目前的情感建模研究中，维度情感模型的应用更加广泛。

二、维度情感模型

维度空间论认为人类所有情感分布在由若干个维度组成的某一空间中，不同的情感根据不同维度的属性分布在空间中不同的位置，且不同情感状态彼此间的相似程度和差异可以根据它们在空间中的距离来显示。在维度情感中，不同情感之间不是独立的，而是连续的，可以实现逐渐、平稳的转变。

21、一维情感模型

该模型用一根实数轴来量化情感，认为人类情感除了其独特分类不同外，都可以沿情感的快乐维度排列，其正半轴表示快乐，负半轴表示不快乐，并且可以通过该轴的位置可以判断情感的快乐和不快乐程度。

当人受到消极情感的刺激时，情感会向负轴方向移动，当刺激终止时，消极情感减弱并向原点靠近。当受积极情感的刺激时，情感状态向正半轴移动，并随着刺激的减弱逐渐向原点靠近。

情感的快乐维度是个体情感的共有属性，许多不同的情感会借此相互制约，这还可以为个体情感的自我调节提供依据，但多数心理学家认为情感是由多个因素决定的，也因此产生后来的多维情感空间。

22、二维情感模型

该模型从极性和强度两个维度区分情感，极性是指情感具有正情感和负情感之分，强度是指情感具有强烈程度和微弱程度的区别。这种情感描述比较符合人们对客观世界的基本看法，目前使用最多的是VA二维情感模型，该模型将情感划分为两个维度，价效维度和唤醒维度，如下图所示：

价效维度的负半轴表示消极情感，正半轴表示积极情感。唤醒维度的负半轴表示平缓的情感，正半轴表示强烈的情感。例如，在这个二维情感模型中，高兴位于第一象限，惊恐位于第二象限，厌烦位于第三象限，轻松位于第四象限。每个人的情感状态就可以根据价效维度和唤醒维度上的取值组合得到表征

23、三维情感模型

在三维情感模型中，除了考虑情感的极性和强度外，还有其他因素考虑到情感描述中。PAD三维情感模型是当前认可度比较高的一种三维情感模型，该模型定义情感具有愉悦度、唤醒度、和优势度三个维度，其中P代表愉悦度，表示个体情感状态的正负特性；A代表唤醒度，表示个体的神经生理激活水平；D代表优势度，表示个体对情景和他人的控制状态。

另外，还有APA三维情感空间模型，该模型采用亲和力、愉悦度和活力度三种情感属性，能够描述绝大多是情感。

24、其他多维情感模型

除了以上三种情感模型外，还有更复杂的情感模型。心理学家Izard的思维理论认为情绪有愉悦度、紧张度、激动度和确实度4个维度。愉悦度代表情感体验的主观享乐程度，紧张度和激动度代表人体神经活动的生理水平，确信度代表个体感受情感的程度。

心理学家Krech认为情感的强度是指情感具有由弱到强的变化范围，同时还以紧张水平、复杂度、快乐度3个指标来进行量化。紧张水平是指对要发生的事情的事先冲动，复杂度是对复杂情感的量化，快乐度是表示情感所处的愉快和不愉快的程度，故可以从这四个维度来判断人的情感。

另外，心理学家Frijda提出了情感具有愉快、激活、兴趣、社会评价、惊奇和复杂共6个维度的观点，但高维情感空间的应用存在较大难度，因此在实际中很少使用。

维度情感模型是用人类情感体验的欧氏距离空间描述，其主要思想是人类的所有情感都涵盖于情感模型中，且情感模型不同维度上的不同取值组合可以表示一种特定的情感状态。虽然维度情感模型是连续体，基本情感可以通过一定方法映射到情感模型上，但对于基本情感并没有严格的边界，即基本情感之间可以逐渐、平稳转化。维度情感模型的发展为人类的情感识别、情感合成和调节提供了模型基础。

三、离散情感模型

离散情感模型是把情感状态描述为离散的形式，即基本情感类别，如喜、怒、哀、乐等。 较为著名的是由心理学家Ekman提出的六大基本情感类别：愤怒、厌恶、恐惧、高兴、悲伤、惊讶，其在情感计算研究领域得到广泛应用。Plutchik从强度、相似性和两极性三方面进行情绪划分，对出8种基本情绪：狂喜、警惕、悲痛、惊奇、狂怒、恐惧、接受、憎恨。还有其他的一些心理学家提出了对基本情绪的不同分类。

离散情感模型较为简洁明了，方面理解，但只能描述有限种类的情感状态，而维度情感模型弥补了离散情感模型的缺点，能够直观地反映情感状态的变化过程。

四、其他情感模型

除了较常用的维度情感模型和离散情感模型外，一些心理学家还提出了其他基于不同思想的情感模型，如基于认知的情感模型、基于情感能量的概率情感模型、基于事件相关的情感模型等，从不同的角度分析和描述人类的情感，使情感的数学描述更加丰富。

41、OCC情感模型

该模型是针对情感研究而提出的最完整的情感模型之一，它将22种基本情感根据其起因分为三类：事件的结果、仿生代理的动作和对于对象的观感，并对这三类定义了情感的层次关系，可以描述特定情感的产生条件和后续发展。OCC模型给出了各类情感产生的认知评价方式。同时，该模型根据假设的正负极性和个人对刺激事件反应是否高兴、满意和喜欢的评价倾向构成情感反应。

在模型中，最常产生的是恐惧、愤怒、高兴和悲伤这4种情绪。尽管OCC模型传递函数并不是很明确，但从广义上看，其具有较强的可推理性，易于计算机实现，因此被广泛应用于人机交互系统中。

42、隐马尔可夫模型情感模型

该模型有三种情感状态，分别是感兴趣、高兴、悲伤，并且可根据需要扩展到多种情感状态。在模型中，情感状态是通过观测到如情绪响应上升时间、峰值间隔的频率变化范围等情感特征得到的，并通过转移概率来描述情感状态之间的相互转移，从而输出一种最可能的情感状态。

该模型适合表现由不同情感组成的混合情感，如忧伤可以由爱和悲伤组成。另外，还适合表现由若干单一的情感状态基于时间的不断交替出现而成的混合情感，如爱恨交织的情感状态就可能是爱恨两种之间循环。该模型的不足之处在于，对于相同的刺激，其感知结果是确定的。

43、分布式情感模型

该模型是针对外界刺激建立起来的一种分布式情感模型，整个分布式系统是将特定的外界情感事件转换成与之相对应的情感状态，过程分为以下两个阶段：

1、由事件评估器评价事件的情感意义，针对每一类相关事件，分别定义一个事件评估器，当事件发生时，先确定事件的类型和信息，然后选择相关事件评估器进行情感评估，并产生量化结果情感脉冲向量EIV。

2、对EIV归一化得到NEIV，通过情感状态估计器ESC计算出新的情感状态。事件评估器、EIV、NEIV及ESC均采用神经网络实现。

附：学习书目

《情感计算与情感机器人系统》吴敏 刘振焘 陈略峰

健康医疗大数据是最重要的国家基础性战略资源，关系国计民生，需要大量的资金、人力的投入，而国有资本力量足，便监管，对于我国健康医疗数据行业规范发展意义重大。

参考《全球健康医疗大数据行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》分析，随着大数据、云计算、物联网和智能制造技术等不断渗入医疗、健康行业,我国健康医疗大数据行业市场规模将会实现快速增长。预计到2020年我国健康医疗大数据行业市场规模将突破800亿元。

健康大数据行业在大数据平台、医疗服务、健康服务、综合管理、精准医疗等环节投入建设，有利于打通我国医疗信息化系统，提高医疗服务的效率和质量，为推进医改注入活力，推动我国大健康产业的发展。

计算机和信息技术在医学领域的应用，经历了30多年的研究和发展，已成为现代医学中的一个新的边缘科学，称为医药信息学（Medical Informatics）。基于HIS是这一学科的基础课题，发达国家的医院已比较广泛地采用了HIS，获得了较好的社会经济效益。从70年代后期至今，计算机在我国各领域应用的深度和广度都有很大程度的普及和提高。同样，计算机在医学领域的应用也发展很快。

　　一、 我国计算机在医院应用的现状

　　1、 业务处理系统（TPS）。即部门业务过程的自动化。如门诊挂号、划价收费、发药、检查报告等流程的自动化；住院床位管理、医嘱处理、费用结算等过程的自动化；以及物资设备、财务人事等后台支持部门的业务过程自动化等。

　　2、 决策支持系统（DSS）。即将TPS采集的各方数据链接为数据仓库，通过调动模型库、方法库和知识库对数据仓库进行访问并计算，辅助半结构化甚至非结构化的决策。

　　3、 医疗信息系统（MIS）。包括实验设备联机系统、医学图像存储与通信系统（PACS）、专家诊断智能系统等。

　　4、 办公自动化系统（OA）。包括日常办公事务处理、文件传输（FTP）、电子邮件（E-Mail）、档案管理等。

　　5、 文献检索系统，包括院内馆藏，期刊专题检索和通过Internet 访问Medline（美国国立医学图书馆）。

　　6、 妇幼卫生信息系统等。

　　二、 我国医院计算机应用的前景

　　1、 电子病历

　　病历记录作为一项基础性的数据，在临床诊断中非常重要。电子病历是一项有前途的技术，是一项重要的改革，它能及时地将来自各方面分散的病人的资料，综合整理成数据形式的资料。同时还能增加图形和照片等临床诊断信息，协助医师做出诊断，在诊断后计算机还可以提高一系列问题，提出诊断依据，拟定治疗方案，进行质量检查等日常文书工作。并且可通过联网直接进行院内外信息交流。电子病历系统是综合了检查信息、医疗影像、医疗指令的新型病历。比低张型病历的信息管理更迅速有用，临床诊断更方便，医师更容易收到反馈信息，能保证医疗质量，杜绝不完整不合格病历，且节省了时间等。

　　2、 建立我国住院病人基本信息集

　　收集、整理和分析住院病人的信息，不仅能了解医院的运行状况，更重要的是能够对医院的医疗水平、医疗服务效率等方面进行科学的评价。国外的做法已证明了这一点。住院病人基本信息包括病人的人口统计学特征（年龄、性别等）、入院日期及状态、视病和手术编码、住院费用等。研究我国住院病人的特点，找到适合我国国情的病人分类方法，探索新的医疗服务质量评估体系，从而在整体上提高我国医院管理学的研究水平，使医院管理学与医院的发展相适应。

　　3、 建设医院计算机网络

　　目前我国绝大多数医院计算机是分散管理的，仍处于单机单站的工作状态，存在着各种数据不能共享，重复劳动等弊病，不利于提高医院的工作效益。要实现医院现代化管理，只有科学地设计和应用计算机网络技术，才可以加强医院管理和科室间的联系。因此，计算机是否联网，已经成为衡量一个单位信息管理技术水平的标准和医院管理科学化的象征。

　　4、 建立医疗卫生信息高速公路

　　信息高速公路可以使人们不受时间、空间限制，同时进行声音、图像和数据交流，是以光纤电缆为"路"，将电话、电视、计算机等现有信息传播工具的功能融为一体，成为多媒体的传播工具。信息高速公路可以最大限度地利用医疗卫生资源，使专家们的知识成为全人类共有的宝贵财富，如网上教学、社区医疗服务、卫生系统联网、远程医疗会诊咨询服务、医疗保险等。它的建成，将极大地推动医疗卫生事业的发展，大大提高医疗质量和服务水平，将彻底改变医疗卫生事业的现状和医院管理模式，医疗工作将不再局限于一所医院、一个地区、而是扩大到全国乃至全球。随着电子技术突飞猛进的发展，电脑的应用领域，愈来愈广泛，无处没有它的足迹，当然在医疗领域，也不例外，当患者步入医院的门槛之后，就进入了电脑世界，也就开始享受电脑的服务了。

　　电脑病历管理。昔日患者的病历的介质是纸张，尤其是长期病患者，其病历都是很厚一大摞，看病时医生翻阅，也很不方便，费时费力，同时保管起来也需要占用很大的空间，那一撂撂的病历占据了一个很大的“病历库”，患者挂完号之后，病历库的管理人员，还得一一按号索取。如果病患者，需要转院治疗时，还得把病历借给新转到的那个医院。如今的病历已经不用纸了，而是一种新型的病历——“电子病历”，病历上所记载的全部内容，包括X光照片、心电图以及各种化验单据等，一揽子都存储在专门的“病历数据库”中，那原先庞大的“病历库”，也只好改作他用了。当患者到医院看病时，医生只要轻轻摁一下电脑按键，或点一下鼠标，就可以把“病历数据库”里该病患者的病历调出来，并在屏幕上显示出来，可以前后自动翻页。当病患者需要转院治疗，新的医院医生根据转院单，也可以从原医院的“病历数据库”中，把该患者的病历借来使用。当然，“病历数据库”为了安全起见，由电脑进行管理，不是任何人都可以去“调用”病历的。上面讲到的转院治疗的“转院单”，实际上还起到允许调用该病患者病历的“通行证”的作用。

　　电脑诊断。有的还称其为“电脑医生”。这是医疗领域中的最重要的组成部分之一，当患者到医院看病时，首先，向值班人员叙述症状，随即值班人员把这些症状，输入到电脑中去，“电脑医生”根据症状，立即从显示屏上显示出要化验或检查的项目，同时，从打印机上打印出化验单、检查单（如血、尿、便的化验，X光胸透，CT、B超、核磁共振等检查）。化验、检查结束后，化验及检查结果，由化验室及有关检查部门的电脑，直接传递到电脑医生那里，“电脑医生”根据患者的症状、化验及检查的结果，又结合病历，最后做出“诊断”，诊断为什么病，开出了医疗“处方”，如果需要休息时，它还可以开出“病假条”，这些诊断书、处方、病假条都由打印机打印出来。

　　如遇到疑难病症，而需要由远处的专家治疗时，电脑医生可以把患者的病历、症状、化验及检查结果，通过网络传输到身在远方的专家的电脑中，请其诊断，最后专家会将诊断结论及处方等再传回“电脑医生”那里。这样，患者在当地就可以得到身处远方的专家治疗。如果不是电子时代，做到这点，只是痴心枉想，“天方夜谭”罢了。

　　电脑管理病床。病床是病患者住院治疗必备的设施之一。采用电脑管理病床，使其管理工作更加现代化、科学化。病床按病区分区管理，它记录着患者姓名、何种病症、入院时间、出院时间、空床情况等信息，同时向住院部电脑计费系统，提供患者占用床位的有关信息，以便其计费时应用。另外，还能实时显示全院病床的利用情况。

　　电脑药库管理。采用电脑管理药品库以后，可全面反映药品库存情况及药品流动信息；可打印全部药品清单、指定部分的药品清单、三个月内将要失效的药品清单以及急需购进的药品清单；编制采购药品辅助计划表；提供进库数和出库数账单、发往下属药房的药品账单等。

　　电脑药物咨询。可为医生提供以下咨询服务：①药物相互作用分析，每张处方最多可达15种药；②药名翻译，可任意输入中、英、拉丁文及代码中的一种，便可得到其它几种文字的药名，包括别名；③查询药物用途、规格、常用量、极限量及注意事项；④查询药物学的有关数据；⑤查询抗菌首选及次选药物和使用这些药物的指导性说明；⑥查询在某些疾病、生理状态下慎用和禁用的药物；⑦查询能够引起尿颜色改变的药物，查询使用麻醉、神经、毒性药物的有关规定等。查询时可任意选中、英、拉丁文或代码，可查询到4万种以上药品的各类信息，查询结果只需1分钟，显示或打印均可。

　　电脑计费。电脑计费分门诊和住院两大部分。门诊计费部分，可以准确计算出药费、处置费、各种化验费、各种检查费等医疗费用，并能清晰地打出各种费用的详细清单。住院部分，可以准确计算出住院治疗的患者，住院期间的全部费用，并能打印出所需费用的明细清单。

　　电脑牙医。在植牙方面，首先对患者口腔进行电脑断层扫描，将结果输入电脑牙医的电脑中去，电脑牙医分析患者的口腔骨骼构造，确定需要植牙的准确部位，随后，在三维印刷技术的帮助下，提供口腔模型，最后，由值班大夫根据模型再实施手术。在补牙方面，电脑牙医是利用一具微型镜头扫射患者的蛀牙，根据扫射的资料，绘制蛀牙的立体图像，此时连接电脑的一把小锯便会在电脑牙医的指示下切割用来补牙的瓷块，其大小和形状恰好与牙洞相同，最后由值班大夫把瓷块粘到牙洞内。