基于贝叶斯网络模型的交通状态预测
基于贝叶斯网络的交通事故态势研究
基于贝叶斯网络的交通事故态势研究基于贝叶斯网络的交通事故态势研究一、引言交通事故造成了大量的人员伤亡和财产损失，严重影响社会的稳定与发展。
为了减少交通事故的发生，提高交通安全性，在决策制定和交通管理方面，需要能够准确预测交通事故的发生概率和态势变化。
贝叶斯网络作为一种概率图模型，具有很强的推理和预测能力，可以有效地模拟交通事故的复杂关系，对交通事故态势进行研究。
二、贝叶斯网络的基本原理贝叶斯网络是一种表示和计算不确定性的图模型，利用节点和边来表达变量之间的条件依赖关系。
其基本原理是贝叶斯推断，通过给定先验概率和证据，计算后验概率。
贝叶斯网络通过合理选择变量节点和构建条件概率表，能够在给定的证据下进行推理和预测，对于复杂系统建模和预测具有很大优势。
三、交通事故态势的建模1. 变量的选择：交通事故的发生受到许多因素的影响，如交通流量、道路条件、天气等，因此，在建立模型时需要选择合适的变量。
变量的选择应根据实际情况和数据可获得性来确定。
2. 条件依赖关系：通过调查分析历史数据和相关文献，可以获取变量之间的条件依赖关系。
例如，交通事故发生的概率受到交通流量和道路条件的影响，而交通流量又受到天气等因素的影响。
3. 数据采集和预处理：在进行交通事故态势研究时，需要收集大量的数据，并对数据进行预处理。
预处理包括数据清洗、数据挖掘和特征选择等环节，以保证数据的质量和可靠性。
四、贝叶斯网络在交通事故分析中的应用1. 风险评估：贝叶斯网络可以利用历史数据和相关因素，对交通事故的潜在风险进行评估。
通过计算节点的后验概率，可以得到不同条件下交通事故的发生概率，进而提前采取相应的交通管理措施，减少交通事故的发生。
2. 事故预测：贝叶斯网络可以基于过去的观测数据预测未来的交通事故概率。
通过给定的证据，可以计算出不同时间段和地点的交通事故的发生概率，进一步指导交通规划和交通流量调度。
3. 事故因素分析：贝叶斯网络能够将交通事故的发生和多个因素联系起来，利用模型进行因素分析。
基于贝叶斯网络模型的交通状态预测
度等四个。
贝叶斯学习算法
从网络模型可以 看出不管是占 有率或者车流密度， 还是车流量以 及车流速度， 每个变量状态都对交通状态 有一定的影响。获取交通状态在上述4 个影响因素联
中图分类号 :U491. 1 文献标识码 :A
பைடு நூலகம்
T r a ffic St a t e P r ediction M eth od
Based on Bayesian Networ k Model
用贝叶 斯网络对交通状态进行预测， 并且用仿真数据
验证理论的可行性。
Sheng chun 一 yang' ,Zhang yuan2
ian network is one of the most efficient models in the un-
certain knowledge and rea oning f eld. A traff c state pres i i diction model based on Bayesian network is put forw ard in this paper. The network model is based on knowledge of the causes of traff c obstruction. The studying algorithm i is adopted on the basis of historical obstruction data, which produces the probability of obstructions by calculating the conditional probability among variables. Keywords ; Bayesian network; Traffic state; Prediction
基于贝叶斯网络的交通网络拥堵识别与优化研究
基于贝叶斯网络的交通网络拥堵识别与优化研究随着城市化不断加速，交通拥堵成为城市发展面临的一大问题，如何研究交通拥堵的成因，提高交通网络的效率，成为了一个重要的研究方向。
而贝叶斯网络作为一种概率图模型，在交通网络的拥堵识别与优化研究中也发挥了重要的作用。
一、贝叶斯网络原理贝叶斯网络是一种概率有向无环图模型，利用变量之间的依赖关系来推断某个变量的概率分布。
贝叶斯网络有三个基本的部分，分别是节点、边和条件概率表。
节点表示一个变量或一个事件，边表示变量之间的依赖关系，条件概率表则表示每个节点在不同状态下的概率分布。
在贝叶斯网络中，每个节点的状态分为有限个离散状态和连续状态两种。
离散状态指节点的取值为有限个离散值，连续状态则是节点的取值为连续的实数。
在贝叶斯网络中，通过条件概率表来描述变量之间的条件依赖关系，从而计算出给定某些变量的条件下，其他变量的概率分布。
二、基于贝叶斯网络的交通网络拥堵识别在道路拥堵的识别与优化研究中，贝叶斯网络可以被应用于拥堵的识别和预测。
道路交通网络中的各个节点可以表示道路交叉口或者路段，节点的状态可以表示交通流量、拥堵程度等情况。
节点之间的边表示道路拓扑关系和交通流量之间的依赖性。
贝叶斯网络可以通过建立节点之间的条件概率模型来识别拥堵发生的概率。
例如，建立节点A表示出口前的路段，节点B表示进口前的路段，节点C表示出口后的路段，那么节点A和节点B的交通流量状态就会影响节点C的拥堵程度。
根据这种拓扑关系，就可以构建贝叶斯网络模型，计算出出口后路段的拥堵概率。
三、基于贝叶斯网络的交通网络优化在道路拓扑结构的优化问题中，贝叶斯网络可以用来优化交通路线。
贝叶斯网络模型可以通过数据学习来识别出不同路段之间的状态转移概率，从而建立交通网络模型。
利用这个模型就可以计算出最优的交通路线，有效地减少拥堵。
例如，建立节点A表示出发点，节点B表示目的地，中间经过节点C和节点D，那么就可以建立贝叶斯网络模型，通过计算出每一条路线的概率分布，找到最优的路线。
贝叶斯网络在智能交通网络中的应用研究
贝叶斯网络在智能交通网络中的应用研究引言智能交通系统的发展使得交通管理系统建设面临着巨大的挑战。
传统的交通管理系统往往只能针对特定的情况进行应对，而随着交通规模的不断扩大和交通需求的增长，单纯的人工调度已经无法满足交通管理的需要。
贝叶斯网络作为一种概率图模型，可以提供一种有效的方式来分析和预测交通系统中的交通流、事故和行驶时间等情况。
本文将介绍贝叶斯网络在智能交通网络中的应用研究，探讨贝叶斯网络在交通管理系统中的潜在价值。
一、贝叶斯网络的基本原理1.1 贝叶斯网络的定义贝叶斯网络是一种表示变量间条件依赖关系的概率图模型。
它由两部分组成：一组表示变量的节点和一组表示变量之间依赖关系的有向边。
节点表示随机变量，有向边表示变量之间的条件依赖关系。
贝叶斯网络通过联合概率分布来描述变量之间的关系。
1.2 贝叶斯网络的推理贝叶斯网络可以用于进行推理，即通过已知的证据来推导出目标变量的概率分布。
推理的核心是贝叶斯定理，它描述了给定证据的条件下目标变量的后验概率与先验概率之间的关系。
贝叶斯网络通过概率传递和变量消去等技术来实现推理。
二、贝叶斯网络在智能交通网络中的应用2.1 交通流预测贝叶斯网络可以利用历史交通数据来预测未来的交通流情况。
首先，通过收集历史交通数据，构建贝叶斯网络模型，将影响交通流的因素作为节点，构建节点间的依赖关系。
然后，通过推理技术，根据已有的交通数据，推导出未来交通流的概率分布。
最后，根据预测结果，进行交通流优化和调度，提高交通系统的整体效率。
2.2 事故预测贝叶斯网络可以应用于事故预测，提前发现交通事故的可能性，并采取相应的措施来减少事故发生的概率。
通过分析历史事故数据，将与交通事故有关的变量作为节点，建立贝叶斯网络模型。
然后，通过推理技术，计算出发生事故的概率分布。
最后，根据预测结果，调整交通系统的运行策略，避免潜在的事故风险。
2.3 行驶时间预测贝叶斯网络可以预测交通系统中的行驶时间，帮助交通管理部门做出优化决策。
基于贝叶斯理论道路拥堵预测的最短路问题研究
基于贝叶斯理论道路拥堵预测的最短路问题研究在经济的发展与城市化的进程中，道路交通网络优化问题日益突出。
本文利用道路拥堵状况的概率值与拥堵的费用得到期望值，以此对网络图的权值赋予了一个新的定义，利用Lingo软件求解相应的最优解，并结合以往的预测信息，利用贝叶斯条件概率对先验概率进行修正，赋予一个新的权值，从而得到了一个更为优化结果，考虑预测信息的获取成本的，本文引入了情报价值来刻画信息的效果。
结果表明：当收集信息的成本大于情报价值0.026时，选择不收集情报，反之，则可以进行信息收集。
标签：最短路；道路拥堵预测；贝叶斯；情报价值1、引言近年来交通网络优化已经成为交通问题研究的热点。
而城市交通网络的最短路问题的分析可以有效地缓解资源的配置问题，也越来越成为热点问题，对现实生活中的城市道路进行最短路分析，首先要将现实的城市道路网络抽象化为图论中的网络图，在确定网络图相应的权重后按照适当的算法及软件进行最短路分析，从而得到最短路问题的解。
在交通网络中，最短路分析一般是指网络图中各路段的权值之和最小，这个权值可以是出行的时间，也可以是出行的费用。
而对于权值不同的理解，又可将此类问题分为两大类：一是将权值看作是非随机变量，当这个非随机变量不随着时间的变化时就是确定性静态最短路，反之，如果随着时间的变化而变化，那就是确定性的动态最短路问题。
第二大类则是将权值看成是随机变量，每个不同值的出现是有一定的概率的，此时在求最短路的时候就要转换成求期望值最小。
在道路拥堵预测最短路问题的研究中，关于将权值看作是随机变量所涉及的相关理论，前人已经做了很多工作：Miller-Hooks E（2003）[1]把交通网络图中各个路段上的路权看作是一个与时间相关的随机变量，将各个期望值的赋为路段的权值，进而求得起始点到终点的最短路。
袁二明等（2013）[2]通过对交通拥堵的预测来修正交通网络中发生拥堵的概率分布，从而得到在交通网络期望费用值最少的最短路线，算例仿真结果表明交通拥堵预测能起到积极作用。
基于分层贝叶斯网络的交通密度估测模型
(1. School of Traffic Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China; 2. Infrastructure Department, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China)
交通状态判别是智能交通系统平台建设的重 要基础环节。随着科技信息化的快速发展，多数交 通拥挤状态自动判别(ACI)方法研究迈上了以大数 据为主的研究新台阶，很多基于机器学习的算法和 方法得以在计算机上实现，应用最多的是聚类算法
收稿日期：2018−11−16 基金项目：国家自然科学基金资助项目(61364019) 作者简介：王亚萍(1993−)，女，昆明理工大学硕士生。
和模糊综合评判方法。Xiangjie[1]等人采用一种新的 模糊综合评价方法，根据交通流量，分配多指标的 权重。实验结果表明：该方法在精度、实时性和稳 定性方面具有一定的优势。于泉[2]等人建立了基于 变异系数权重的高速公路交通状态模糊评判模型。
第3期
王亚萍，等：层贝叶斯网络的交通密度 Nhomakorabea测模型105
第 35 卷 第 3 期 2019 年 9 月
交 通 科 学与 工 程
JOURNAL OF TRANSPORT SCIENCE AND ENGINEERING
Vol.35 No.3 Sep. 2019
文章编号：1674 − 599X(2019)03 − 0104 − 07
基于分层贝叶斯网络的交通密度估测模型
基于贝叶斯网络的交通流量预测研究
基于贝叶斯网络的交通流量预测研究交通流量预测对于城市交通管理和规划至关重要。
准确的交通流量预测可以帮助交通部门合理组织交通资源，减少拥堵，提升出行效率。
在过去的几十年里，许多方法和模型被提出来预测交通流量，其中基于贝叶斯网络的方法因其优势逐渐引起研究者的关注。
贝叶斯网络是一种概率图模型，通过揭示变量之间的条件依赖关系，可以解释和预测复杂系统中的不确定性。
在交通流量预测中，贝叶斯网络可以用来建模道路网络中各个路段之间的相互关系，从而实现流量的预测。
首先，建立一个适当的贝叶斯网络模型是交通流量预测的关键。
数据收集是建立模型的首要步骤。
通过收集历史交通流量数据、道路特征数据和交通状况数据等，我们可以得到一个完整的数据集。
接下来，对这些数据进行预处理，包括数据清洗、特征选择和数据转化等，以便更好地用于建模。
然后，使用贝叶斯网络建模工具，将数据集中的变量之间的条件依赖关系构建成一个有向无环图。
贝叶斯网络模型能够将影响交通流量的各种因素考虑进来，例如时间、天气、交通事故等。
其次，学习贝叶斯网络模型的参数和结构是一个复杂而关键的过程。
参数学习是指通过观测数据来估计贝叶斯网络中变量之间的概率分布。
在交通流量预测中，参数学习可以通过最大似然估计或贝叶斯统计推断等方法来实现。
结构学习是指根据数据来确定贝叶斯网络的拓扑结构，即变量之间的依赖关系。
常见的结构学习方法包括贪婪搜索算法、遗传算法和启发式搜索等。
通过参数学习和结构学习，我们可以建立一个合理的贝叶斯网络模型来预测交通流量。
最后，使用学习到的贝叶斯网络模型进行交通流量预测。
给定未来的时间段和其他相关因素，我们可以通过条件概率来计算每个路段的交通流量预测值。
贝叶斯网络可以通过贝叶斯推断来处理不确定性，提供概率性的预测结果。
此外，在实际应用中，为了提高预测的准确性，我们还可以采用多个贝叶斯网络模型的组合，进行模型集成和模型融合等方法。
值得注意的是，贝叶斯网络模型的建立和学习需要大量的历史数据和实时数据支持。
基于贝叶斯网络的交通流量预测研究
基于贝叶斯网络的交通流量预测研究随着城市化进程的加速，交通流量的管理和预测变得越来越重要。
交通流量预测可以帮助交通管理部门更好地优化道路设计和交通信号控制，提高城市交通的运行效率和安全性。
在过去的几十年中，许多学者和工程师通过建立数学模型和仿真实验来研究交通流量预测问题。
随着人工智能技术的快速发展，基于机器学习的交通流量预测方法也得到了广泛的研究。
其中，基于贝叶斯网络的方法是一种非常有效的方法，它已经被广泛应用于交通流量预测、交通事故预测和交通信号控制等方面。
一、介绍首先，我们需要了解什么是贝叶斯网络。
贝叶斯网络是一种图模型，它用于表示变量之间的概率关系，同时也可以用于推理和预测。
在贝叶斯网络中，节点表示变量，边表示变量之间的依赖关系。
当给定一些节点的值时，贝叶斯网络可以计算其他节点的概率分布。
因此，贝叶斯网络可以用于建模和预测各种复杂问题。
二、贝叶斯网络在交通流量预测中的应用在交通流量预测方面，贝叶斯网络已经被广泛应用。
贝叶斯网络可以用于表示不同的交通变量之间的依赖关系，从而实现交通流量的预测。
例如，可以考虑交通流量和时间、天气、道路状况、历史交通流量等变量之间的关系。
三、基于贝叶斯网络的交通流量预测方法基于贝叶斯网络的交通流量预测方法可以分为两类，即静态方法和动态方法。
1. 静态方法静态方法是建立在静态贝叶斯网络模型上的方法，这种方法假设所有变量之间的依赖关系是恒定不变的。
静态贝叶斯网络的结构在模型构建期间是固定的，不能自适应地根据新数据进行更新。
因此，当交通条件发生变化时，这些模型的预测效果可能会下降。
静态方法已经被广泛研究，并已经应用于交通流量预测和交通事故预测等领域。
2. 动态方法动态方法是建立在动态贝叶斯网络模型上的方法。
这种方法可以自适应地更新模型结构和参数，以适应新的交通条件。
动态贝叶斯网络可以通过贝叶斯方法来实现模型的自适应更新。
这种方法可以使模型更加准确，但需要更多的数据和计算成本来更新模型。
基于动态贝叶斯网络的大型活动交通风险预警模型
基于动态贝叶斯网络的大型活动交通风险预警模型基于动态贝叶斯网络的大型活动交通风险预警模型摘要：本文针对大型活动中的交通风险问题，提出了一种基于动态贝叶斯网络的预警模型。
通过对活动中的各种交通要素进行建模，结合历史数据和实时数据，利用贝叶斯网络进行风险评估和预警，为活动组织者和交通管理部门提供决策支持。
实验证明，该模型具有较高的准确性和可行性，能够在大型活动中有效地预测和预警交通风险。
关键词：大型活动；交通风险；动态贝叶斯网络；预警模型一、引言大型活动如体育赛事、音乐节等吸引了大量的参与者，给城市交通系统带来巨大的压力。
交通拥堵、交通事故等交通风险问题在大型活动中尤为突出，给交通管理部门和活动组织者带来巨大的挑战。
因此，建立一种有效的交通风险预警模型对于提前预警和及时采取措施至关重要。
二、相关工作在过去的研究中，学者们通过统计分析、建立模型等方法研究了大型活动中的交通风险问题。
然而，这些方法存在一定的局限性，无法充分考虑交通环境的动态变化和不确定性因素。
因此，本文提出了一种基于动态贝叶斯网络的预警模型，可以更准确地预测和预警交通风险。
三、方法与模型1. 数据收集与预处理收集大型活动中的历史交通数据和实时交通数据，包括道路流量、车辆速度、交通事故等信息。
对数据进行预处理，包括去噪、数据清洗、数据规范化等。
2. 动态贝叶斯网络模型贝叶斯网络是一种用于建模不确定性的有效工具。
在本研究中，将贝叶斯网络应用于交通风险预警模型中。
根据历史数据和实时数据，构建交通风险因素和交通风险事件之间的关系图。
通过学习历史数据和实时数据，不断更新网络结构和参数，以适应交通环境的动态变化。
3. 风险评估与预警基于构建的动态贝叶斯网络模型，进行交通风险评估和预警。
根据实时数据和网络结构，计算各个交通风险因素的概率分布，并预测交通风险的可能发生。
当风险值超过一定阈值时，发出预警信号，提醒相关部门采取相应措施。
四、实验与结果本研究选择某大型体育赛事作为案例进行实验，收集了相关的历史交通数据和实时交通数据。
基于贝叶斯网络的交通事故态势研究
基于贝叶斯网络的交通事故态势探究1.引言交通事故是世界各国面临的重大问题之一。
据统计，全球每年有数百万人因交通事故而丧生，数千万人受伤，给社会造成了巨大的经济和人力资源损失。
因此，交通事故探究一直是学术界和政府部门关注的焦点。
贝叶斯网络，作为一种概率图模型，可以用于建立交通事故的原因与结果之间的因果干系，有助于猜测和分析交通事故的态势，提供科学的决策依据。
2.贝叶斯网络概述贝叶斯网络是一种由节点和有向边组成的有向无环图，用于表示变量之间的依靠干系。
节点表示变量，有向边表示变量之间的因果干系。
贝叶斯网络利用概率模型和贝叶斯定理来推断变量之间的干系，能够对不确定性进行建模和推理。
3.贝叶斯网络在交通事故探究中的应用贝叶斯网络可以用于交通事故的态势探究，主要应用包括以下几个方面：3.1 交通事故原因分析通过构建贝叶斯网络，可以将交通事故的原因与结果进行建模，分析各个因素之间的依靠干系。
通过对交通事故发生地点、天气状况、车速等因素进行概率建模，可以了解不同因素对交通事故发生的影响程度，为制定交通安全政策和规划道路交通环境提供依据。
3.2 交通事故风险评估贝叶斯网络可以将交通事故风险因素进行概率建模，依据历史数据和相关因素进行推断，评估将来某一地区交通事故的风险程度。
这有助于交通管理部门提前做好预防措施，缩减交通事故的发生。
3.3 交通事故猜测通过构建贝叶斯网络，可以利用历史数据和实时数据进行交通事故的猜测。
通过思量交通流量、道路状况、天气状况等因素，结合贝叶斯网络的推理能力，可以提前发现可能出现交通事故的地点，从而实行相应的措施缩减事故的风险。
3.4 交通事故应急响应贝叶斯网络可以将交通事故相关的因素进行建模，并通过实时更新数据进行推理，实现对交通事故的快速响应。
当系统检测到某一地区发生交通事故的可能性较大时，可以准时通知相关部门进行应急处理，缩减事故的扩大范围和影响。
4.案例探究为验证贝叶斯网络在交通事故态势探究中的应用效果，我们选取某城市的历史交通事故数据进行探究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
道 ,在路网交通状态分析中 ,十分关键 [5 ] 。因此定义 路段交通状态变量和建立路段贝叶斯网络分析模型 是分析路网交通状态的基础 。为简化预测模型 ,本文 选取的路段参数有车流量 、占有率 、车流速度 ,车流密 度等四个 。
影响交通状态的变量集如下 : Y = {V , Q , A , K}; 变量定义及其相互关系如下 :
1 模型确定
贝叶斯网络是一种对概率关系的有向图解描述 , 适用于表达和分析不确定性和概率性的事物 ,应用于 有条件地依赖多种控制因素的决策 ,可以从不完全 、 不精确或不确定的知识或信息中做出推理 ,是目前不 确定知识和推理领域最有效的理论模型之一 [1 ] 。一 般情况下 ,有三种不同方式来构造贝叶斯网 [2, 3 ] : ①由 领域专家确定贝叶斯网的变量 (有时也称为影响因 子 )节点 ,然后通过专家知识来确定贝叶斯网络结构 , 并指定它的分布参数 。 ②由领域专家确定贝叶斯网 络的节点 ,通过大量训练数据 ,来学习贝叶斯网的结 构和参数 。 ③由领域专家确定贝叶斯网络的节点 ,通 过专家知识来制定网络结构 ,而通过机器学习方法从 数据中学习网络参数 。这实际上是前两种方式的折 中 ,当领域中变量之间的关系较明显的情况下 ,能大 大提高学习效率 。构造贝叶斯网络 (先验贝叶斯网 络 ) ,首先是确定变量集和变量域 ,之后是确定网络结 构 [4]。
路段是组成路网的基本单元 ,连接各个路口的通
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
山东交通科技 2007年第 4期
……………………………………………… ( 7) 将 (6)式代入 (7)式 ,得到预测模型中各变量间 的联合概率分布 :
数据进行了仿真 。从大量数据中选用了 100 个数据 样本作为仿真数据 ,将仿真结果数据作出相应的概率 曲线如图 4所示 。图 4横坐标表示选取的 100个样本 数据 ,纵坐标表示所计算后验概率值的大小 。曲线 A1中的菱形节点表示交通阻塞发生的后验概率 P ( Y = 1 |V1 , A1 , Q1 , K1 ) ;曲线 A0 中的矩形节点表示交通 阻塞不发生的后验概率 P ( Y = 0 | V1 , A1 , Q1 , K1 ) 。针 对每一个样本数据 ,要对其所对应的交通阻塞发生的 后验概率和不发生的后验概率进行比较 ,哪一个位于 上方 ,则说明其概率大 。
收稿日期 : 2007—10—15 基金项目 :国家自然科学基金资助 (60673108) 作者简介 :盛春阳 ( 1984—) ,男 ,河南省邓州人 ,硕士 ,研 究方向为模式识别与人工智能 。
—4—
引言
交通状态是一种不断变化的动态过程 ,具有很大 随机性和偶然性 。交通阻塞的潜伏 、发展和发生具有 连贯性和相关性的特点 ,交通阻塞的发生与它的过去 和现状紧密相关 ,因此 ,就有可能通过对交通状态的 现状和历史进行综合分析 ,推测它发生可能 ,为采取 各种预防措施提供依据 。交通状态变化是人 、车 、路 、 环境等综合作用的结果 ,且各个影响因素间的关系是 相互关联的 ,即其信息具有随机性 、不确定性和相关 性 。而贝叶斯网络能很好地表示变量之间的不确定 性 、相关性与不确定性推理 ,这就保证了将贝叶斯网 络用于交通状态预测的可行性 。国内外传统的预测 模型大多采用马尔可夫链概率理论 ,可是马尔可夫链 概率理论对于不确定性因素较多的交通状态预测效 果不是很好 ,甚至很多情况下无法预测 。因此本文采 用贝叶斯网络对交通状态进行预测 ,并且用仿真数据 验证理论的可行性 。
基于贝叶斯网络模型的交通状态预测
盛春阳 1 ,张 元 2 ( 1. 郑州大学 信息工程学院 ,河南 郑州 450052; 2. 河南工业大学 ,河南 郑州 450052)
摘要 :城市的交通状态是可以预测的 。有效的交
通状态预测能从很大程度上优化交通状态 ,减少
交通阻塞 。贝叶斯网络 (B ayesian Networks, BN )
Y表示交通状态 ; Y = 1时表示交通处于阻塞状态 , Y = 0表示交通状态处于畅通状态 ; V 为车流速度 ; Q 为 路段的车流量 ; A 为路段占有率 ; K为车流密度。
图 1 交通状态通畅时的变量关系图示
2 贝叶斯学习算法
从网络模型可以看出不管是占有率或者车流密度 ,
还是车流量以及车流速度 ,每个变量状态都对交通状态
有一定的影响。获取交通状态在上述 4 个影响因素联
合分布下的条件概率 ,即求概率 P ( Y |V, Q , A, K)的过
程 ,实质上是一个贝叶斯学习的过程。贝叶斯法则是贝
叶斯学习方法的基础 ,其公式表述如下 :
P ( h |D)
=
P
(D | P
h) (D
P )
(
h)
…………………………
(1)
式中 : D 表示训练数据 ; h 表示假设空间 H 中的
在 (2)式最后一步中 , P (D )被去掉了 ,因为它是
不依赖于 h的常量 。
在某些情况下 ,可以假定每个候选假设有相同的
先验概率 。此时 ,可以把式 ( 2)进一步简化 ,即只需考
虑 P (D | h)来寻找极大可能假设 。 P (D | h)常被称为
给定 h时数据 D 的似然度 ( 1 ikelihood) ,而使 P (D | h)
(D | h)代表假设 h成立时的情况下观察到的数据 D
的概率 。 P (D | h)则表示给定训练数据 D 时 h成立的
概率 ,通常被称为 h 的后验概率 ,它反映了在看到训
练数据 D 后 h成立的置信度 。这里需要注意的是 ,后
验概率 P ( h |D )反映了训练数据 D 的影响 ;相反 ,先验
由上面的变量关系图建立网络模型网络结构描 述如图 3所示 。图 3中每个节点表示一个变量 ,节点 之间的有向弧线表示各变量之间的因果关系 ,没有弧 线连接的则表示条件独立 。
hMAP = arg max P ( h |D )
=
arg
m ax
P
(D | P
h) P (D)
(
h)
= arg max P (D | h) P ( h) …………………… ( 2)
候选假设 。 P ( h)被称为 h的先验概率 ,代表在没有训
练数据前候选假设 h拥有的初始概率 ,它反映了拥有
关于 h是一正确假设机会的背景知识 。如果没有这
一先验知识 ,则可以简单地将每一候选假设赋予相同
的先验概率 。 P (D )表示将要观察的训练数据 D 的先
验概率 ,即在没有确定某一假设成立时 D 的概率 。 P
最大假设被称为极大似然 (Maximum L ikelihood, ML )
假设 hML表示为 :
hML = arg max P (D | h) …………………………… ( 3) 由 (1) 、( 2)式 ,有 :
图 3 交通状态预测模型网络结构
P ( Y |V , A , Q , K)
=
P
(V
, A , Q , K | Y) P P (V , A , Q , K)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
盛春阳 ,张 元 :基于贝叶斯网络模型的交通状态预测
P ( Y |V , A , Q , K) = P (V | Y) P (A , Q , K | Y) P ( Y) ………………… ( 6)
概率 P ( h)是独立于 D 的 。
在许多学习场景中 ,学习器通常都是寻找给定训
练数据 D 时可能性最大假设 ,即极大后验 (Maximum a
posterior,MAP)假设 ,表示为 :
图 2 交通状态发生阻塞后的变量关系图示
图 1和图 2 分别表示交通状态通畅和发生交通 阻塞时交通变量关系 。由图 1 可知 :道路交通状态即 通行能力有车速 、占有率 、和流量共同决定 ,因此可以 把这些因素都看作建立贝叶斯网络的变量来建立贝 叶斯网络模型 。
由式 ( 6)知 ,要计算概率 P ( Y | V , A , Q , K)的值 , 需要知道某些先验概率以及条件概率 。通过对交通 部门保存的交通状态统计数据进行分析 ,得到所需的 相关概率分布 。
P (V , A , Q , K | Y) = P (V ) P (A |V ) P (Q |A , V ) P ( K | Q , A , V ) P ( Y |V , A , Q , K) = P (V ) P (A ) P (Q |A ) P ( K |Q ) P ( Y |的理论模型
之一 。提出了一种基于贝叶斯网络模型理论的交
通状态预测方法 。综合考虑交通阻塞成因的基础
上构建网络模型 ,在已有的交通状态数据的基础
上提出基于贝叶斯法则的学习算法 ,并通过计算
变量间的 条 件 概 率 来 计 算 交 通 阻 塞 发 生 的 可 能
性 ,达到预测的目的 。
Abstract: : The traffic state of cities could be p redicted. An efficient traffic state p rediction method can imp rove the traffic state and reduce the traffic obstruction. Bayes2 ian network is one of the most efficient models in the un2 certain knowledge and reasoning field. A traffic state p re2 diction model based on Bayesian network is put forward in this paper. The network model is based on know ledge of the causes of traffic obstruction. The studying algorithm is adop ted on the basis of historical obstruction data, which p roduces the p robability of obstructions by calcu2 lating the conditional p robability among variables. Keywords: Bayesian network; Traffic state; Prediction model