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用于复杂系统建模的人工智能：驯服专家模型的复杂性以改进决策

交互式智能系统ACM事务,体积11,问题2

条款编号：11，页码1-49

https://doi.org/10.1145/3453172

出版:2021年7月21日出版历史

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摘要

主要的社会和环境挑战涉及具有多种多尺度交互过程的复杂系统。例如，考虑干旱和水储量如何影响作物生产，农业和工业需求如何影响水质和可用性。预防措施，如推迟种植日期和采取新的农业做法以应对不断变化的天气模式，可以减少自然过程造成的损害。了解这些自然和人类过程是如何相互影响的，可以预测不良情况的影响，并研究采取预防措施的干预措施。对于这些过程中的许多过程，有一些专家模型结合了最先进的理论和知识，以量化系统对各种条件的响应。高效建模的一个主要挑战是跨学科建模方法的多样性，以及仅以需要复杂转换的格式提供的各种数据源。针对特定问题使用专家模型需要将模型与第三方数据集成，以及跨学科的模型集成。建模者面临着严重的异构性，这需要解决语义、时空和执行不匹配问题，这些问题目前大多是手工完成的，可能需要两年多的努力。

我们正在开发一种建模框架，该框架使用人工智能（AI）技术来减少建模工作量，同时确保决策的实用性。我们迄今为止的工作做出了一些创新性贡献：（1）智能用户界面，指导分析师构建建模问题，并通过建议相关选择和自动化步骤来帮助他们；（2）模型的语义元数据，包括其建模变量和约束，确保模型相关性和对给定决策问题的正确使用；以及（3）数据集在建模变量方面的语义表示，支持自动数据选择和数据转换。该框架在MINT（模型集成）框架中实现，目前包括数据和模型，用于分析涉及气候、水资源可用性、农业生产和市场的自然和人类系统之间的相互作用。我们迄今为止的工作证明了人工智能技术在加速建模以支持决策方面的实用性，并揭示了未来工作的几个具有挑战性的方向。

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发布于

交互式智能系统封面图片ACM交易

交互式智能系统ACM事务第11卷第2期

2021年6月

267页

国际标准编号：2160-6455

EISSN公司：2160-6463

DOI（操作界面）：10.1145/3465444

编辑：
米歇尔·X.周
美国Juji公司

版权所有©2021计算机协会。

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出版商

计算机协会

美国纽约州纽约市

出版历史

出版：2021年7月21日

认可的：2021年2月1日

修订过的：2021年1月1日

收到：2020年5月1日

在TIIS中发布体积11,问题2

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郝H王毅(2023)用可解释的深度学习建模社区对极端事件的恢复力动力学自然危害审查10.1061/NHREFO。NHENG-1696型24:2在线发布日期：2023年5月
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沙夫豪泽T加里霍D奥索里奥·M比特纳D穿孔S瓦尔加斯H论文M吉尔·Y(2023)为非专业用户广泛传播水文模型的框架环境建模与软件2016年10月10日/j.envsoft.2023.105695164：C在线发布日期：2023年6月1日
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Vargas Acosta R公司查维拉L维拉纽瓦-罗尔斯N彭宁顿D(2022)自动化模型到模型集成的多变量工作流组合2022年IEEE第18届国际电子科学会议（e-Science）10.1109/电子科学55777.2022.00030(159-170)在线发布日期：2022年10月
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利伯克内赫特K豪斯H拉比诺维茨A穿孔S罗德里格斯L莱特F洛厄尔J格雷J(2022)为跨学科气候研究创造会议场所：人文社会科学在重大挑战中的作用跨学科科学评论10.1080/03080188.2022.2148889(1-23)在线发布日期：2022年12月28日
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兰普雷希特APalmblad M公司Ison J公司Schwämmle V公司阿尔马尼尔M阿尔提塔斯一世贝克C本·哈吉·阿莫尔A卡佩拉·古蒂雷斯S查罗尼克塔基斯P克鲁索·M吉尔·Y高脚杯C格里芬T增长P伊内塞斯库HJagtap P公司卡拉什姆卡萨利卡五世坎泰穆里A库恩T梅H梅纳杰·HMöller S公司理查森R罗伯特五世土壤-眼睛S史蒂文斯·RSzaniszlo S公司Verberne S公司Verhoeven A公司Wolstencroft K公司(2021)生命科学中工作流自动合成的观点F1000研究10.12688/f1000研究。54159.110(897)在线发布日期：2021年9月7日
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松属植物DKunstmann L公司德奥利维拉D瓦尔杜里兹P马托佐M(2020)深度神经网络中支持起源的超参数分析数据和过程的来源和注释10.1007/978-3-030-80960-7_2(20-38)在线发布日期：2020年6月22日
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德克萨斯州奥斯汀市德克萨斯大学德克萨斯高级计算中心，德克萨斯州奥斯丁78758

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Armen R。凯马尼亚语

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斯科特佩克姆

科罗拉多大学北极和阿尔卑斯山研究所，科罗拉多州博尔德，邮编80309

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玛丽亚斯托伊卡

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凯莉科本

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莱勒舒

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