第14卷第3期 智能系统学报 Vol.14 No.3 2019年5月 CAAI Transactions on Intelligent Systems May 2019 D0:10.11992/tis.201712021 网络出版地址：http:/kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20180507.1553.004html 一种人工情绪模型及其电商计算实验应用 王洪利 (福建江夏学院经济贸易学院，福建福州350108) 摘要：针对电子商务顾客购物人工系统的计算实验研究，提出一种基于状态类比假说的人工情绪模型，给出 了情绪的产生、增强、衰落和消失过程的描述方法，研究了外部刺激、情感强度和内部驱动力的计算方法，并进 行了模拟分析。基于此人工情绪模型，构建了电商顾客购物的情绪-行为影响关系模型：将其应用于电商顾客 购物的计算实验分析。结果表明，该人工情绪模型能较好地应用于电商复杂人工系统顾客购物的计算实验。 关键词：电子商务：计算实验；人工情绪模型：外部刺激：情绪强度：驱动力：模拟分析：复杂人工系统 中图分类号：TP18,F724.6文献标志码：A文章编号：1673-4785(2019)03-0508-10 中文引用格式：王洪利.一种人工情绪模型及其电商计算实验应用.智能系统学报，2019,14(3)：508-517. 英文引用格式：VANG Hongli.An artificial emotion model and its application in the computation experiment of e-commerceJ.. CAAI transactions on intelligent systems,2019,14(3):508-517. An artificial emotion model and its application in the computation experiment of e-commerce WANG Hongli (School of Economics and Trade,Fujian Jiangxia University,Fuzhou 350108,China) Abstract:From the viewpoint of the calculation experiments of the artificial system in the electronic commerce (e-com- merce),this study aims to propose an artificial emotion model based on state analogy hypothesis,which describes the generation,enhancement,fading,and vanishing process method of emotion.It studies the calculation method of extern- al stimulation,emotional intensity,and internal driving force:simulates and analyzes the model:and,constructs the model of emotional behavior relationship of e-commerce customer shopping based on this artificial emotion model.The model is applied to the computational and experimental analysis of customers shopping in e-commerce.The results show that this model can be applied to computational experiments of customer shopping in complex artificial system of e-commerce. Keywords:electronic commerce;computation experiment;artificial emotional model;external stimulation;emotional intensity;driving force;simulation analysis;complex artificial system 随着计算实验方法的兴起和发展，人工股 两部分，在建模中两者不可完全分割开来，而是 市、人工金融等人工社会形式的研究为理解各种有机融合于人工情绪的建模之中。情绪的产生机 社会和经济现象提供了崭新的视角。其中很多与 制建模主要研究情绪的产生、状态描述、变化、计 人密切相关的社会和经济问题的计算实验研究，算和消失等内容；情绪的行为机制建模主要研究 如在电子商务中研究情绪对购物行为的总体影响 情绪如何影响和产生行为等内容。相关研究对人 效果，都涉及人工情绪的建模。人工情绪的建模 工情绪的建模进行了比较深入的研究，Russell提 包括情绪的产生机制建模和情绪的行为机制建模 出了情绪的二维环状模型，将情绪分为愉快度和 收稿日期：2017-12-17.网络出版日期：2018-05-11 强度两个维度四，此外相关研究学者提出了情绪 通信作者：王洪利.E-mail:graduated852@163.com. 的三维和多维模型。早期的情绪建模中，Tyrrell回
DOI: 10.11992/tis.201712021 网络出版地址: http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20180507.1553.004.html 一种人工情绪模型及其电商计算实验应用 王洪利 （福建江夏学院 经济贸易学院，福建 福州 350108） 摘 要：针对电子商务顾客购物人工系统的计算实验研究，提出一种基于状态类比假说的人工情绪模型，给出 了情绪的产生、增强、衰落和消失过程的描述方法，研究了外部刺激、情感强度和内部驱动力的计算方法，并进 行了模拟分析。基于此人工情绪模型，构建了电商顾客购物的情绪−行为影响关系模型；将其应用于电商顾客 购物的计算实验分析。结果表明，该人工情绪模型能较好地应用于电商复杂人工系统顾客购物的计算实验。 关键词：电子商务；计算实验；人工情绪模型；外部刺激；情绪强度；驱动力；模拟分析；复杂人工系统 中图分类号：TP18; F724.6 文献标志码：A 文章编号：1673−4785(2019)03−0508−10 中文引用格式：王洪利. 一种人工情绪模型及其电商计算实验应用[J]. 智能系统学报, 2019, 14(3): 508–517. 英文引用格式：WANG Hongli. An artificial emotion model and its application in the computation experiment of e-commerce[J]. CAAI transactions on intelligent systems, 2019, 14(3): 508–517. An artificial emotion model and its application in the computation experiment of e-commerce WANG Hongli (School of Economics and Trade, Fujian Jiangxia University, Fuzhou 350108, China) Abstract: From the viewpoint of the calculation experiments of the artificial system in the electronic commerce (e-commerce), this study aims to propose an artificial emotion model based on state analogy hypothesis, which describes the generation, enhancement, fading, and vanishing process method of emotion. It studies the calculation method of external stimulation, emotional intensity, and internal driving force; simulates and analyzes the model; and, constructs the model of emotional behavior relationship of e-commerce customer shopping based on this artificial emotion model. The model is applied to the computational and experimental analysis of customers shopping in e-commerce. The results show that this model can be applied to computational experiments of customer shopping in complex artificial system of e-commerce. Keywords: electronic commerce; computation experiment; artificial emotional model; external stimulation; emotional intensity; driving force; simulation analysis; complex artificial system 随着计算实验方法的兴起和发展，人工股 市、人工金融等人工社会形式的研究为理解各种 社会和经济现象提供了崭新的视角。其中很多与 人密切相关的社会和经济问题的计算实验研究， 如在电子商务中研究情绪对购物行为的总体影响 效果，都涉及人工情绪的建模。人工情绪的建模 包括情绪的产生机制建模和情绪的行为机制建模 两部分，在建模中两者不可完全分割开来，而是 有机融合于人工情绪的建模之中。情绪的产生机 制建模主要研究情绪的产生、状态描述、变化、计 算和消失等内容；情绪的行为机制建模主要研究 情绪如何影响和产生行为等内容。相关研究对人 工情绪的建模进行了比较深入的研究，Russell 提 出了情绪的二维环状模型，将情绪分为愉快度和 强度两个维度[1] ，此外相关研究学者提出了情绪 的三维和多维模型。早期的情绪建模中，Tyrrell[2] 收稿日期：2017−12−17. 网络出版日期：2018−05−11. 通信作者：王洪利. E-mail: graduated852@163.com. 第 14 卷第 3 期 智 能 系 统 学 报 Vol.14 No.3 2019 年 5 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems May 2019
第3期 王洪利：一种人工情绪模型及其电商计算实验应用 ·509· 将agent的资源实际拥有量与预期之差作为基本 上计算情绪激活状态，用有限状态机矩阵模型描 优先度量，计算情绪的影响系数。Hirth等基于 述行为输出方程，并进行了仿真分析。Choxi等间 环境资源、资源需求量，定义了情绪的行为选择 提出了反馈机制的情绪行为选择模型。张国锋等网 函数，其中情绪受到资源情况的影响。Lee等研 结合典型控制系统结构，提出情绪行为机制，大 究提出以反射为基础的情绪行为选择方法，情绪 脑系统在反馈情绪的作用下形成行动方案，根据 基于概率机制而产生，但对环境的适应性不强。 经济学中的前景理论，建立了行为特征函数，应 程宁等基于自组织理论，提出了一种情绪产生 用于情绪行为选择机制之中。Canamero等u根 机制的数学模型，认为情绪的强度是情绪最明显 据agent对环境的感知，提出自身的情绪计算受 的性质，起着序参量的作用，建立外界刺激与8种 到自身资源状况和感知到的竞争者资源状况的共 情绪强度的微分方程数学模型，用内驱力来表征 同影响，agent群体不断演化出整体涌现行为，体 人的行为意志，采用模糊数学中隶属度函数的数 现出对环境的动态适应。翟俊杰基于情绪发展 值方法计算内驱力的大小，指出情绪和内驱力之 变化与二阶动力学系统的类比，类比冲量作用于 间既相互影响，又都有自发衰退的趋势，建立了 物体，并假定一个黏滞阻尼器作为情绪阻尼器， 内驱力和复合情绪之间的数学关系，并基于情感 建立了一个情绪状态模型。 熵描述复合情绪的变化过程。较早的情绪行为模 计算实验是一种研究复杂系统的新兴计算方 型将情绪的行为机制分为3个层次，分别是推理 法忉，最早应用于经济领域。在不同学科交叉和 层、情绪层和反应层，从情感层到反应层和推理 融合的推动下，管理科学研究领域内的计算实验 层都可以传递参数影响推理和反应。Scheutz可 方法应运而生；它不仅提供了研究复杂管理系统 基于行为趋势，给出了情感控制和应用的效用评 自组织、动态演化及宏观与微观层次之间相互作 估方法，并给出了应用案例。Pereira等I研究将 用等问题的新的工具和手段，而且还可以和传统 情感与心理学基本原理BDI(信念-期望-意图)相 研究方法一起，在综合集成思想的指导下形成现 结合，并基于情绪标记体假设理论，构建了情绪 与信念、期望和意图相结合的行为选择机制。 代管理科学研究方法体系，即定性定量、科学实 Sloman提出CogAff情绪行为选择机制模型，根 验、虚实结合、综合集成劉。王飞跃基于对人 据心理学情绪原理，将情绪分别隶属不同的3个 工社会理念的审视和思考，提出基于人工社会、 反应层次，它们是反应层、慎思层和元管理层，不 计算实验、平行系统的复杂系统研究方法，系统 同的动机产生不同的情绪反应。张国锋等认为 是由人和社会的相关行为生成出的特定社会，其 基本情绪是时间的瞬时函数，通过对自身行为所 中相关行为也可以是完全假定的。电子商务中情 导致的发生事件给自己带来的实际生存资源与预 绪与网络购物行为和意愿有着密切的关系202) 期之间差异的瞬时评价而产生，并参考K.Z.Loren 基于计算实验方法研究了消费者或消费者市场的 的液压模型，建立了情绪行为机制模型，该机制 行为或关系4-2。从关于人工情绪的研究中可以 强调对拥有资源的内在需求转化为驱动情绪，并 看出，目前关于情绪的产生机制建模和情绪的行 比较与抑制情绪的差值，当差值大于给定阈值时 为机制建模，大多根据仿生原理，以生存机制原 产生行为，其中抑制情绪根据生命体感知环境可 理为基础进行设计2”；并结合其他学科，如数学 被利用的认知结果产生，但是该机制没有体现外 控制学科、生理学科和复杂科学的原理与方法进 部刺激下情绪的产生来源和过程。史雪飞等提 行情绪建模，没有形成完全统一的理论和方法。 出基于有限状态机矩阵模型的机器人人工情绪模 研究中存在的不足是对情绪的产生、增强、衰落 型，认为人工情感中的情绪计算模型通过与用户 的情绪发生作用来实现更有效人机交互的关键组 和消失过程缺乏有效描述，对情绪、内部驱动力 成部分，其基础是对自然情绪实质的理解和表 和行为的关系描述有进一步的改进可能。基于人 示，其将给定情绪状态转换过程使用有限状态机 工情绪对电商顾客购物行为影响的计算实验研 矩阵形式的映射方法进行描述，给出了相应的情 究，能够构造“人工的”电商顾客购物复杂系统， 绪状态方程和行为输出方程，同时引入Lapicque 虚拟分析情绪对电商顾客购物行为的影响，从中 的神经细胞模型，用模型中的模电位表示情绪强 发现现有的研究中难以发现的规律和现象。但电 度，并进行了应用仿真分析：他们还提出了人工 子商务中的顾客购物的情绪-行为关系有独特的 情绪模型的分层结构，在模糊刺激感知矩阵基础 特征：一是情绪基于特定的刺激，如群体购买造
将 agent 的资源实际拥有量与预期之差作为基本 优先度量，计算情绪的影响系数。Hirth 等 [3]基于 环境资源、资源需求量，定义了情绪的行为选择 函数，其中情绪受到资源情况的影响。Lee 等 [4]研 究提出以反射为基础的情绪行为选择方法，情绪 基于概率机制而产生，但对环境的适应性不强。 程宁等[5]基于自组织理论，提出了一种情绪产生 机制的数学模型，认为情绪的强度是情绪最明显 的性质，起着序参量的作用，建立外界刺激与 8 种 情绪强度的微分方程数学模型，用内驱力来表征 人的行为意志，采用模糊数学中隶属度函数的数 值方法计算内驱力的大小，指出情绪和内驱力之 间既相互影响，又都有自发衰退的趋势，建立了 内驱力和复合情绪之间的数学关系，并基于情感 熵描述复合情绪的变化过程。较早的情绪行为模 型将情绪的行为机制分为 3 个层次，分别是推理 层、情绪层和反应层，从情感层到反应层和推理 层都可以传递参数影响推理和反应[6]。Scheutz[7] 基于行为趋势，给出了情感控制和应用的效用评 估方法，并给出了应用案例。Pereira 等 [8]研究将 情感与心理学基本原理 BDI(信念−期望−意图) 相 结合，并基于情绪标记体假设理论，构建了情绪 与信念、期望和意图相结合的行为选择机制。 Sloman[9]提出 CogAff 情绪行为选择机制模型，根 据心理学情绪原理，将情绪分别隶属不同的 3 个 反应层次，它们是反应层、慎思层和元管理层，不 同的动机产生不同的情绪反应。张国锋等[10]认为 基本情绪是时间的瞬时函数，通过对自身行为所 导致的发生事件给自己带来的实际生存资源与预 期之间差异的瞬时评价而产生，并参考 K.Z.Loren 的液压模型，建立了情绪行为机制模型，该机制 强调对拥有资源的内在需求转化为驱动情绪，并 比较与抑制情绪的差值，当差值大于给定阈值时 产生行为，其中抑制情绪根据生命体感知环境可 被利用的认知结果产生，但是该机制没有体现外 部刺激下情绪的产生来源和过程。史雪飞等[11]提 出基于有限状态机矩阵模型的机器人人工情绪模 型，认为人工情感中的情绪计算模型通过与用户 的情绪发生作用来实现更有效人机交互的关键组 成部分，其基础是对自然情绪实质的理解和表 示，其将给定情绪状态转换过程使用有限状态机 矩阵形式的映射方法进行描述，给出了相应的情 绪状态方程和行为输出方程，同时引入 Lapicque 的神经细胞模型，用模型中的模电位表示情绪强 度，并进行了应用仿真分析；他们还提出了人工 情绪模型的分层结构，在模糊刺激感知矩阵基础 上计算情绪激活状态，用有限状态机矩阵模型描 述行为输出方程，并进行了仿真分析[12]。Choxi 等 [13] 提出了反馈机制的情绪行为选择模型。张国锋等[14] 结合典型控制系统结构，提出情绪行为机制，大 脑系统在反馈情绪的作用下形成行动方案，根据 经济学中的前景理论，建立了行为特征函数，应 用于情绪行为选择机制之中。Cañamero 等 [15]根 据 agent 对环境的感知，提出自身的情绪计算受 到自身资源状况和感知到的竞争者资源状况的共 同影响，agent 群体不断演化出整体涌现行为，体 现出对环境的动态适应。翟俊杰[16]基于情绪发展 变化与二阶动力学系统的类比，类比冲量作用于 物体，并假定一个黏滞阻尼器作为情绪阻尼器， 建立了一个情绪状态模型。 计算实验是一种研究复杂系统的新兴计算方 法 [17] ，最早应用于经济领域。在不同学科交叉和 融合的推动下，管理科学研究领域内的计算实验 方法应运而生；它不仅提供了研究复杂管理系统 自组织、动态演化及宏观与微观层次之间相互作 用等问题的新的工具和手段,而且还可以和传统 研究方法一起，在综合集成思想的指导下形成现 代管理科学研究方法体系，即定性定量、科学实 验、虚实结合、综合集成[18]。王飞跃[19]基于对人 工社会理念的审视和思考，提出基于人工社会、 计算实验、平行系统的复杂系统研究方法，系统 是由人和社会的相关行为生成出的特定社会，其 中相关行为也可以是完全假定的。电子商务中情 绪与网络购物行为和意愿有着密切的关系[20-23] ， 基于计算实验方法研究了消费者或消费者市场的 行为或关系[24-26]。从关于人工情绪的研究中可以 看出，目前关于情绪的产生机制建模和情绪的行 为机制建模，大多根据仿生原理，以生存机制原 理为基础进行设计[27] ；并结合其他学科，如数学、 控制学科、生理学科和复杂科学的原理与方法进 行情绪建模，没有形成完全统一的理论和方法。 研究中存在的不足是对情绪的产生、增强、衰落 和消失过程缺乏有效描述，对情绪、内部驱动力 和行为的关系描述有进一步的改进可能。基于人 工情绪对电商顾客购物行为影响的计算实验研 究，能够构造“人工的”电商顾客购物复杂系统， 虚拟分析情绪对电商顾客购物行为的影响，从中 发现现有的研究中难以发现的规律和现象。但电 子商务中的顾客购物的情绪−行为关系有独特的 特征：一是情绪基于特定的刺激，如群体购买造 第 3 期 王洪利：一种人工情绪模型及其电商计算实验应用 ·509·
·510· 智能系统学报 第14卷 成的刺激、评论的好坏等；二是情绪具有产生、增 挡板-情绪复零器 强、衰落和消失过程，且购买行为的发生释放了 外力-刺激 动量-情绪源动能 内部驱动力和情绪。因为行为对内部驱动力有反 情绪强度极值 馈影响，表现为行为的发生释放了内部驱动力， 如现实电子商务购物中，一次购物行为将释放之 速度 奇怪吸引← 前的购物内部驱动力，使得内部驱动力阶梯下 奇怪吸引子-情绪调节器 降，内部驱动力的阶梯下降接着反馈影响情绪； 图1人工情绪的状态类比 三是电商顾客购物情绪，现有研究缺乏对其机制 Fig.1 State analogy of artificial emotions 的详细描述和计算实验分析。现有研究中还通常 1.2外部刺激与心理动能 假设情绪是时间的瞬时或短时函数，但一般情况 美国神经学家Mamasio的研究认为，任何一 下电子商务购物情绪的持续时间较长。因此电商 种感受都是由某种刺激引起的一种认知性感知觉 顾客购物是一个涉及情绪的复杂系统，需要借鉴 和一种伴随的情绪。心理学通常认为情绪由某 已有情绪研究，研究人工情绪模型，构建顾客购 种刺激引起。唐孝威认为，对于客观呈现的某 物的情绪一行为影响关系模型，并构建电商顾客 种事件（刺激）的数量使用N来表示，近似描述心 购物复杂人工系统模拟分析情绪对电商购物的 理动能E和客观呈现的某种事件的数量N的关 影响。 系为 1人工情绪模型 E=-IN+1 1.1人工情绪的状态类比假说 假设个体接受外部刺激过程中，个体受到的 当我们感官接触一个情绪性刺激后，引起某 正面刺激的数量为N。,受到的负面刺激的数量为 一情绪波动，然后经过短暂时间的自我调节后恢 N,正面刺激产生正面的心理动能量，产生正面情 复平静6。但情绪持续时间可能并不是短暂的， 绪，负面刺激产生负面的心理动能量，产生负面 比利时Verduyn和Lavrijsen教授研究发现悲伤持 情绪。在正面刺激和负面刺激同时刺激的情况 下，假设个体根据正面和负面刺激的相对比较综 续120h,满足持续24h,仇恨持续60h,喜悦维持 合产生心理动能量，则此时总体动能E可以表 35h2。本文认为持续时间不是完全绝对的，情 示为 境差异和个体差异也会导致情绪持续时间不同。 E'=Ep-En= 情绪消亡可类比为图1的装置，其中一个人用脚 使用水平外力踢一个足球，挡板（无弹性，对运动 LInN,+ 1 Np +p)=aN. -In a 靠近的足球有瞬间促其静止的作用)下方空间使 式中：a为动能系数；Np/Nn被称为正面和负面刺 得足球不能通过而可将脚伸过去踢球，足球在瞬 激的相对比值PNRV。 时力作用下产生动能，使得足球产生初始速度。 13情绪源动能与情绪强度 足球下方完全光滑地面固定有一个奇怪吸引子， 刺激引起的心理动能E'是产生情绪的源泉， 其对足球有吸引力，随着与足球距离的不断增大 称为情绪源动能。根据人工情绪的状态类比假 吸引力增大，足球在其作用下，以初始速度做减 说，个体在情绪源动能E的作用下，形成产生某 速运动，当足球到达最远距离时，在吸引力作用 种情绪的初始速度，参照动能定理，源动能E 下加速运动回到原点，当足球接触挡板时其速度 和情绪初始产生速度%之间的关系为 将瞬间复零静止。将此装置中踢足球的外力类比 E=zkvo 于引起情绪的外界刺激，将奇怪吸引子类比于人 式中：k称为个体的情绪敏感度惰性因子，k越大 的情绪调节器，将挡板类比于情绪恢复平静器 相同的源动能产生的初始速度。越小，相反k越 -情绪复零器。与以往类比假说相比该假说的优 小相同的源动能产生的初始速度%越大，所以k 点：一是通过情绪复零器，更好地解决了在情绪 反映了个体之间的差异，因此相同大小的刺激在 平静后向负向情绪发展的不合理问题；二是通过 不同的个体可能产生不同强度的情绪。 奇怪吸引子模拟了情绪调节。 在不考虑个体内部调节的情况下，该种情绪
成的刺激、评论的好坏等；二是情绪具有产生、增 强、衰落和消失过程，且购买行为的发生释放了 内部驱动力和情绪。因为行为对内部驱动力有反 馈影响，表现为行为的发生释放了内部驱动力， 如现实电子商务购物中，一次购物行为将释放之 前的购物内部驱动力，使得内部驱动力阶梯下 降，内部驱动力的阶梯下降接着反馈影响情绪； 三是电商顾客购物情绪，现有研究缺乏对其机制 的详细描述和计算实验分析。现有研究中还通常 假设情绪是时间的瞬时或短时函数，但一般情况 下电子商务购物情绪的持续时间较长。因此电商 顾客购物是一个涉及情绪的复杂系统，需要借鉴 已有情绪研究，研究人工情绪模型，构建顾客购 物的情绪−行为影响关系模型，并构建电商顾客 购物复杂人工系统模拟分析情绪对电商购物的 影响。 1 人工情绪模型 1.1 人工情绪的状态类比假说 当我们感官接触一个情绪性刺激后，引起某 一情绪波动，然后经过短暂时间的自我调节后恢 复平静[16]。但情绪持续时间可能并不是短暂的， 比利时 Verduyn 和 Lavrijsen 教授研究发现悲伤持 续 120 h，满足持续 24 h，仇恨持续 60 h，喜悦维持 35 h[28]。本文认为持续时间不是完全绝对的，情 境差异和个体差异也会导致情绪持续时间不同。 情绪消亡可类比为图 1 的装置，其中一个人用脚 使用水平外力踢一个足球，挡板 (无弹性，对运动 靠近的足球有瞬间促其静止的作用) 下方空间使 得足球不能通过而可将脚伸过去踢球，足球在瞬 时力作用下产生动能，使得足球产生初始速度。 足球下方完全光滑地面固定有一个奇怪吸引子， 其对足球有吸引力，随着与足球距离的不断增大 吸引力增大，足球在其作用下，以初始速度做减 速运动，当足球到达最远距离时，在吸引力作用 下加速运动回到原点，当足球接触挡板时其速度 将瞬间复零静止。将此装置中踢足球的外力类比 于引起情绪的外界刺激，将奇怪吸引子类比于人 的情绪调节器，将挡板类比于情绪恢复平静器 −情绪复零器。与以往类比假说相比该假说的优 点：一是通过情绪复零器，更好地解决了在情绪 平静后向负向情绪发展的不合理问题；二是通过 奇怪吸引子模拟了情绪调节。 挡板−情绪复零器 外力−刺激 动量−情绪源动能 速度 奇怪吸引子−情绪调节器 奇怪吸引 情绪强度极值 图 1 人工情绪的状态类比 Fig. 1 State analogy of artificial emotions 1.2 外部刺激与心理动能 N E N 美国神经学家 Mamasio 的研究认为，任何一 种感受都是由某种刺激引起的一种认知性感知觉 和一种伴随的情绪[29]。心理学通常认为情绪由某 种刺激引起。唐孝威[30]认为，对于客观呈现的某 种事件 (刺激) 的数量使用 来表示，近似描述心 理动能 和客观呈现的某种事件的数量 的关 系为 E= 1 a lnN+ 1 b Np Nn E ′ 假设个体接受外部刺激过程中，个体受到的 正面刺激的数量为 ，受到的负面刺激的数量为 ，正面刺激产生正面的心理动能量，产生正面情 绪，负面刺激产生负面的心理动能量，产生负面 情绪。在正面刺激和负面刺激同时刺激的情况 下，假设个体根据正面和负面刺激的相对比较综 合产生心理动能量，则此时总体动能 可以表 示为 E ′ = Ep − En = ( 1 a lnNp + 1 b ) − ( 1 a lnNn + 1 b ) = 1 a ln Np Nn 式中：a 为动能系数； Np Nn / 被称为正面和负面刺 激的相对比值 PNRV。 1.3 情绪源动能与情绪强度 E ′ E ′ v0 E v0 刺激引起的心理动能 是产生情绪的源泉， 称为情绪源动能。根据人工情绪的状态类比假 说，个体在情绪源动能 的作用下，形成产生某 种情绪的初始速度 ，参照动能定理，源动能 和情绪初始产生速度 之间的关系为 E ′ = 1 2 kv0 2 k k v0 k v0 k 式中： 称为个体的情绪敏感度惰性因子， 越大 相同的源动能产生的初始速度 越小，相反 越 小相同的源动能产生的初始速度 越大，所以 反映了个体之间的差异，因此相同大小的刺激在 不同的个体可能产生不同强度的情绪。 在不考虑个体内部调节的情况下，该种情绪 ·510· 智 能 系 统 学 报 第 14 卷
第3期 王洪利：一种人工情绪模型及其电商计算实验应用 511· 强度y随时间的推移从0不断地增长，增长的速 y的表达式分别如式(3)、式(4)所示（图2中1~ 度大小为%，直到经过时间t达到最大极限值 t1+h2时间段)： y,而后情绪会随时间的推移而趋于平静。此 (3) 时有 v=t-0+△-)-Aa(-） y=Vot y=名4-++- 在考虑个体内部调节的情况下，该种情绪强 度y随时间的推移从0不断地增长，增长的速度 i+Ma2+Ake- (4) 大小v受到个体内部情绪调节系数1的影响从% 以上△11与△2的不同变化，对应了一种假设 不断衰减，直到经过时间，速度衰减为0，此 的人类情感强度合理调节机制：当情感强度不断 时情绪强度y达到极限值ymx(负向情绪时 增加时，人可能不断地增加调节：当情感强度不 为-y)。由于个体情绪调节的适应性，随着个体 断减少时，人可能不断地减少调节。一般情绪值 情绪强度的增强或减弱，个体内部情绪调节系数 可能并不是对称的，具体取决于△1与△2的取 λ则适应性地增强或减弱。假定其初始调节系数 值，图2只给出了其中的一种不对称情形，如假设 为o,1在0-t1段增强速率为△☑1。此时v和y的 情绪一般具有产生快消亡慢的特征，则对应图2 表达式分别如式(1)、式(2)所示（如图2中O~t1段 所示的情形。正向情绪和负向情绪的产生和消亡 所示)： 过程一样，但方向相反。 y=Vo- (1) 1.4情绪强度与内部驱动力关系 (内部)驱动力是动机概念的早期称谓，指生 y=vot- (2) 命体由生理需求所引起的一种紧张状态，它能激 发或驱动生命体实施行为满足需求"。也有研究 认为，驱动力代表人采取某种行为的意志。情绪 正向情绪 产生内部驱动力：，在有情绪强度y刺激的情况 下，将以B逐渐增强，在没有情绪刺激的情况下 将以α逐渐消退，参考文献[32]它们之间微分方 1+ 程表示为 d =2+y)(-a+B) 负向情绪 dt 式中：α、B为衰减和增强系数；y为调节常数。 1.5同源同标组合情绪与情绪维度 当一个刺激能够就某一事物或事件产生多种 情绪时，刺激被称为同源刺激。同一刺激产生的 多种情绪往往因该事物或事件相互伴随和纠缠， 正向情绪 因此是同源的且与同一目标关联的几个情绪，因 此称其为同源同标组合情绪，其由若干情绪组合 0 1+2 而成。德国心理学家Plutchik33提出了8种基本 负向情绪 情绪：悲痛、恐惧、惊奇、接受、快乐、厌恶、兴趣 和愤怒。美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究 人员在《美国国家科学院院刊》发表文章，发现 图2人工情绪的生消 人的情绪共27种，其中包括渴望。本文的组合 Fig.2 Birth and elimination of artificial emotion 情绪是指广义上的组合情绪，即若干任意情绪的 而后情绪会随时间而衰减，经过时间？衰减 组合。同时假设同源同标组合情绪中的各情绪源 为0，衰减的速度ⅴ大小受到个体内部情绪调节 动能之和等于同源刺激产生的源动能大小。 系数λ的影响。假定情绪调节系数λ的变化率 假设如下的n维向量表示组成同源同标组合 在0~1和1~+两个时间段是不同的，假定此 情绪的n个情绪的源动能比例向量为 时间段1的减弱速率为△2，如与0~1时间段变 P=(p,p2,…,P) (5) 化率大小相同时其等于△，否则不等。此时v和 那么n个情绪的源动能向量为
y v0 t ymax 强度 随时间的推移从 0 不断地增长，增长的速 度大小为 ，直到经过时间 达到最大极限值 ，而后情绪会随时间的推移而趋于平静。此 时有 y = v0t y v λ v0 t1 y ymax −ymax λ λ0 λ t1 ∆λ1 v y t1 在考虑个体内部调节的情况下，该种情绪强 度 随时间的推移从 0 不断地增长，增长的速度 大小 受到个体内部情绪调节系数 的影响从 不断衰减，直到经过时间 ，速度衰减为 0，此 时情绪强度 达到极限值 ( 负向情绪时 为 )。由于个体情绪调节的适应性，随着个体 情绪强度的增强或减弱，个体内部情绪调节系数 则适应性地增强或减弱。假定其初始调节系数 为 ， 在 0~ 段增强速率为 。此时 和 的 表达式分别如式 (1)、式 (2) 所示 (如图 2 中 O~ 段 所示)： v = v0− ( λ0 t+ 1 2 ∆λ1 t 2 ) (1) y = v0 t− ( 1 2 λ0 t 2 + 1 6 ∆λ1 t 3 ) (2) v0 负向情绪 v O O y t1+t2 t1 正向情绪 −v0 正向情绪 ymax t1+t2 t1 −ymax 负向情绪 图 2 人工情绪的生消 Fig. 2 Birth and elimination of artificial emotion t2 v λ λ t1 t1 t1+t2 λ ∆λ2 t1 ∆λ1 v 而后情绪会随时间而衰减，经过时间 衰减 为 0，衰减的速度 大小受到个体内部情绪调节 系数 的影响。假定情绪调节系数 的变化率 在 0~ 和 ~ 两个时间段是不同的，假定此 时间段 的减弱速率为 ，如与 0~ 时间段变 化率大小相同时其等于 ，否则不等。此时 和 y t1 t1+t2 的表达式分别如式 (3)、式 (4) 所示 (图 2 中 ~ 时间段)： v = λ0 (t−t1)+ ∆λ1t1 (t−t1)− 1 2 ∆λ2 ( t 2 −t1 2 ) (3) y =− 1 6 ∆λ2 ( t 3 −t1 3 ) + ( 1 2 ∆λ1 t1 + 1 2 λ0 ) ( t 2 −t1 2 ) − ( λ0t1 + ∆λ1t1 2 + 1 2 ∆λ2t1 2 ) (t−t1) (4) ∆λ1 ∆λ2 ∆λ1 ∆λ2 以上 与 的不同变化，对应了一种假设 的人类情感强度合理调节机制：当情感强度不断 增加时，人可能不断地增加调节；当情感强度不 断减少时，人可能不断地减少调节。一般情绪值 可能并不是对称的，具体取决于 与 的取 值，图 2 只给出了其中的一种不对称情形，如假设 情绪一般具有产生快消亡慢的特征，则对应图 2 所示的情形。正向情绪和负向情绪的产生和消亡 过程一样，但方向相反。 1.4 情绪强度与内部驱动力关系 y β α (内部) 驱动力是动机概念的早期称谓，指生 命体由生理需求所引起的一种紧张状态，它能激 发或驱动生命体实施行为满足需求[31]。也有研究 认为，驱动力代表人采取某种行为的意志。情绪 产生内部驱动力 z，在有情绪强度 刺激的情况 下，将以 逐渐增强，在没有情绪刺激的情况下 将以 逐渐消退，参考文献[32]它们之间微分方 程表示为 dz dt = (z+γ) (−α+βy) 式中：α、β 为衰减和增强系数； γ 为调节常数。 1.5 同源同标组合情绪与情绪维度 当一个刺激能够就某一事物或事件产生多种 情绪时，刺激被称为同源刺激。同一刺激产生的 多种情绪往往因该事物或事件相互伴随和纠缠， 因此是同源的且与同一目标关联的几个情绪，因 此称其为同源同标组合情绪，其由若干情绪组合 而成。德国心理学家 Plutchik[33]提出了 8 种基本 情绪：悲痛、恐惧、惊奇、接受、快乐、厌恶、兴趣 和愤怒。美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究 人员在《美国国家科学院院刊》发表文章，发现 人的情绪共 27 种，其中包括渴望[34]。本文的组合 情绪是指广义上的组合情绪，即若干任意情绪的 组合。同时假设同源同标组合情绪中的各情绪源 动能之和等于同源刺激产生的源动能大小。 假设如下的 n 维向量表示组成同源同标组合 情绪的 n 个情绪的源动能比例向量为 P = (p1, p2,··· , pn) (5) 那么 n 个情绪的源动能向量为 第 3 期 王洪利：一种人工情绪模型及其电商计算实验应用 ·511·
·512· 智能系统学报 第14卷 E×(p1,Pp,…,Pn)=(Ep1,Ep2,…,Epn) (6) 9.01 其中 PNRV=20 PNRV=25 (7) PNRV=5 PNRV=15 本文中提出的组合情绪与复合情绪的差别在 -4.5 于复合情绪是基本情绪组合而成的一种情绪，尽 -9.0 03691215182124273033 管它不是一种基本情绪，而组合情绪不能单独作 th 为一种情绪。组成组合情绪的情绪可以是基本情 图3 不同的正面和负面刺激的相对比值(PNRV)下情绪 绪也可以是复合情绪。 速度y变化模拟 Mehrabian等B于1974年提出了PAD情绪模 Fig.3 Simulating the change in the emotional velocity (v) under relative ratio of different positive and negat- 型，该模型认为情感具有愉悦度、激活度和优势 ive stimuli(PNRV) 度3个维度，并分别定义了不同情绪在3个维度 80 PNRV=25 上的取值。德国心理学家普拉切克提出了情绪的 60 PNRV=20 三维度模型，主张情绪具有强度、相似性和两极 40 PNRV=15 性3个维度，在强度维度之外描述了不同情绪之 间的相似性和对立性特性。 20 PNRV=5 本文借鉴普拉切克的情绪维度理论，认为情 6121824303642485460 绪具有强度、锚定相似性和锚定对立性3个维 t/h 度。对同一驱动力具有影响的不同情绪对该驱动 图4不同的正面和负面刺激的相对比值(PNRV下情绪 力的影响是同向的（均正向影响或负向影响），则 强度y变化模拟 Fig.4 Simulating the change in the emotional intensity (y) 称情绪之间具有锚定相似性。对同一驱动力具有 under relative ratio of different positive and negat- 影响的不同情绪对该驱动力的影响是反向的（影 ive stimuli (PNRV) 响一个正向一个负向)，则称情绪之间具有锚定对 图5表达了不同的正面和负面刺激的相对比 立性。锚定相似性和锚定对立性之所以称为“锚 值(PNRV)下情绪内驱力z的变化，表明内驱力随 定”是因为其具有依赖于不同驱动力的特征。对 时间先上升后下降，PNRV越大，内驱力变化越大。 一种驱动力具有锚定相似性的不同情绪，可能对 40 另一种驱动力具有锚定对立性。 30 PNRV=25 锚定相似的不同情绪之间会产生情绪强度对 20 PNRV=20 驱动力的叠加影响效应。不同的锚定对立情绪之 间会产生情绪强度对驱动力的抵消影响效应。需 10 PNRV=15 要强调的是，这里的不同情绪可能是同一刺激产 PNRV=5 0102030405060708090 生的组合情绪中的不同情绪，也可能是不同刺激 奶 产生的不同情绪。 图5 不同的正面和负面刺激的相对比值PNRV)下内驱 1.6人工情绪的模拟分析 力z变化模拟 以下假定情绪持续时间较长。 Fig.5 Simulating the change in the driving force(z)under relative ratio of different positive and negative stim- 1.6.1单一情绪模拟分析 uli (PNRV) 1)正面和负面刺激的相对比值(PNRV)的影响 2)人工情绪调节的影响 图3表达了不同的正面和负面刺激的相对比 图6表达了不同情绪调节系数下情绪强度y 值(PNRV)下情绪速度的变化，表明情绪速度v 和内驱力：的变化，表明随着调节系数的升高，y 随时间1变化，PNRV越大，情绪速度越大。图4 和：整体上呈降低趋势。 表达了不同的正面和负面刺激的相对比值(PNRV) 1.6.2组合情绪模拟分析 下情绪强度的变化，表明情绪强度随时间先上升 当一种刺激产生同源同标组合情绪时，其中 后下降，PNRV的值越大，情绪强度y值就越大。 情绪强度最大的情绪称为主导情绪，其他情绪称
E ′ ×(p1 , p2 ,··· , pn)= (E ′ p1 ,E ′ p2 ,··· ,E ′ pn) (6) 其中 ∑n i=1 pi = 1 (7) 本文中提出的组合情绪与复合情绪的差别在 于复合情绪是基本情绪组合而成的一种情绪，尽 管它不是一种基本情绪，而组合情绪不能单独作 为一种情绪。组成组合情绪的情绪可以是基本情 绪也可以是复合情绪。 Mehrabian 等 [35]于 1974 年提出了 PAD 情绪模 型，该模型认为情感具有愉悦度、激活度和优势 度 3 个维度，并分别定义了不同情绪在 3 个维度 上的取值。德国心理学家普拉切克提出了情绪的 三维度模型，主张情绪具有强度、相似性和两极 性 3 个维度，在强度维度之外描述了不同情绪之 间的相似性和对立性特性[31]。 本文借鉴普拉切克的情绪维度理论，认为情 绪具有强度、锚定相似性和锚定对立性 3 个维 度。对同一驱动力具有影响的不同情绪对该驱动 力的影响是同向的 (均正向影响或负向影响)，则 称情绪之间具有锚定相似性。对同一驱动力具有 影响的不同情绪对该驱动力的影响是反向的 (影 响一个正向一个负向)，则称情绪之间具有锚定对 立性。锚定相似性和锚定对立性之所以称为“锚 定”是因为其具有依赖于不同驱动力的特征。对 一种驱动力具有锚定相似性的不同情绪，可能对 另一种驱动力具有锚定对立性。 锚定相似的不同情绪之间会产生情绪强度对 驱动力的叠加影响效应。不同的锚定对立情绪之 间会产生情绪强度对驱动力的抵消影响效应。需 要强调的是，这里的不同情绪可能是同一刺激产 生的组合情绪中的不同情绪，也可能是不同刺激 产生的不同情绪。 1.6 人工情绪的模拟分析 以下假定情绪持续时间较长。 1.6.1 单一情绪模拟分析 1) 正面和负面刺激的相对比值 (PNRV) 的影响 v y 图 3 表达了不同的正面和负面刺激的相对比 值 (PNRV) 下情绪速度的变化，表明情绪速度 随时间 t 变化，PNRV 越大，情绪速度越大。图 4 表达了不同的正面和负面刺激的相对比值 (PNRV) 下情绪强度的变化，表明情绪强度随时间先上升 后下降，PNRV 的值越大，情绪强度 值就越大。 9.0 4.5 0 −4.5 −9.0 0 3 6 9 12 15 t/h PNRV=5 PNRV=15 PNRV=25 PNRV=20 18 21 24 27 30 33 v 图 3 不同的正面和负面刺激的相对比值 (PNRV) 下情绪 速度 v 变化模拟 Fig. 3 Simulating the change in the emotional velocity (v) under relative ratio of different positive and negative stimuli (PNRV) 80 60 40 20 0 6 12 18 24 30 t/h PNRV=5 PNRV=15 PNRV=25 PNRV=20 36 42 48 54 60 y 图 4 不同的正面和负面刺激的相对比值 (PNRV) 下情绪 强度 y 变化模拟 Fig. 4 Simulating the change in the emotional intensity (y) under relative ratio of different positive and negative stimuli (PNRV) 图 5 表达了不同的正面和负面刺激的相对比 值 (PNRV) 下情绪内驱力 z 的变化，表明内驱力随 时间先上升后下降，PNRV 越大，内驱力变化越大。 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 t/h PNRV=5 PNRV=15 PNRV=25 PNRV=20 60 70 80 90 z 图 5 不同的正面和负面刺激的相对比值 (PNRV) 下内驱 力 z 变化模拟 Fig. 5 Simulating the change in the driving force (z) under relative ratio of different positive and negative stimuli (PNRV) 2) 人工情绪调节的影响 y y 图 6 表达了不同情绪调节系数下情绪强度 和内驱力 z 的变化，表明随着调节系数的升高， 和 z 整体上呈降低趋势。 1.6.2 组合情绪模拟分析 当一种刺激产生同源同标组合情绪时，其中 情绪强度最大的情绪称为主导情绪，其他情绪称 ·512· 智 能 系 统 学 报 第 14 卷