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基于模糊认知图的机器人情感响应模型

黄宏程 左蓉蓉 胡敏 陶洋 寇兰

黄宏程, 左蓉蓉, 胡敏, 陶洋, 寇兰. 基于模糊认知图的机器人情感响应模型[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(2): 486-495. doi: 10.11999/JEIT210601
引用本文: 黄宏程, 左蓉蓉, 胡敏, 陶洋, 寇兰. 基于模糊认知图的机器人情感响应模型[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(2): 486-495. doi: 10.11999/JEIT210601
HUANG Hongcheng, ZUO Rongrong, HU Min, TAO Yang, KOU Lan. Robot Emotion Response Model Based on Fuzzy Cognitive Map[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(2): 486-495. doi: 10.11999/JEIT210601
Citation: HUANG Hongcheng, ZUO Rongrong, HU Min, TAO Yang, KOU Lan. Robot Emotion Response Model Based on Fuzzy Cognitive Map[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(2): 486-495. doi: 10.11999/JEIT210601

基于模糊认知图的机器人情感响应模型

doi: 10.11999/JEIT210601
基金项目: 国家自然科学基金(61871062)
详细信息
    作者简介:

    黄宏程:男,1979年生,副教授,研究方向为认知情感计算、复杂网络与信息传播理论

    左蓉蓉:女,1997年生,硕士生,研究方向为人机交互情感计算

    胡敏:女,1971年生,教授,研究方向为信息通信网络体系结构、人机交互理论与技术应用

    陶洋:男,1964年生,教授,研究方向为人工智能、大数据与计算智能

    寇兰:女,1963年生,副教授,研究方向为D2D通信、人机交互理论与技术应用

    通讯作者:

    黄宏程 huanghc@cqupt.edu.cn

  • 中图分类号: TP242.6

Robot Emotion Response Model Based on Fuzzy Cognitive Map

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61871062)
  • 摘要: 针对现有人机交互系统广泛存在机器人情感响应缺乏独特性和主动性、参与人参与度、满意度、体验感不高的问题,该文依据愉悦度-激活度-优势度(PAD)情感空间提出一种基于模糊认知图的机器人情感响应模型。首先,获取参与人交互输入情感值,对其评估得到参与人的情感状态矩阵;其次,考虑到机器人的性格特征和社会角色,利用模糊认知图的时间连续性,建立当前情感状态与上下文长期情感状态之间的关联,从而对机器人情感响应过程进行建模;最后,根据机器人的性格特征和社会角色对情感响应的影响,更新机器人的情感状态矩阵,并将其映射到连续情感空间中,得到机器人的情感响应。模型对比实验结果表明,该文所提模型能够增加机器人情感响应的主动性、独特性并且能够有效提升参与人的满意度,增加参与人体验感。
  • 图  1  人机情感交互过程

    图  2  情感交互与情感响应

    图  3  机器人情感响应框架

    图  4  机器人社会角色模型

    图  5  模糊认知图情感响应节点间关系

    表  6  不同模型交互参与度结果

    模型N(轮)T(s)
    Chatterbot554.36
    GCRs12130.24
    MECS887.16
    RL11119.63
    ACO775.61
    本文14153.47
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    表  1  基于模糊认知图的机器人情感响应模型

     输入:第k轮交互参与人交互输入情感值${{\boldsymbol{E}}_{\text{H}}}$,模糊认知图状态值3元序组$ M = (C,E,{\boldsymbol{W}}) $;
     输出:第k轮机器人回复给参与人的情感响应值${\boldsymbol{E}}_{\text{R}}^{}$;
     Repeat:
      参与人交互输入情感${{\boldsymbol{E}}_{\text{H}}}$;
      根据式(1)—式(3)对${{\boldsymbol{E}}_{\text{H}}}$进行情感状态评估得到$ {\boldsymbol{I}}({{\boldsymbol{E}}_{\text{H}}}) $;
      根据式(4)、式(5)计算参与人情感强度${\text{Intensity(}}{{\boldsymbol{E}}_{\text{H}}}{\text{)}}$的变化;
      根据式(6)、式(7)计算当前情感状态下,机器人性格经过大五人格修正后的情感响应计算值${{\boldsymbol{e}}_c}$;
      根据式(8)—式(12)训练FCM模型,对权重矩阵${\boldsymbol{W}}$进行更新获得机器人在6种基本情感上的情感强度;
      根据式(13)对机器人在6种基本情感上的情感强度进行PAD情感空间坐标标定,得到机器人的情感响应;
     Until 停止输入交互情感;
     人机交互结束
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    表  2  不同模型交互体验感结果

    模型连贯性(单轮)合理性(单轮)多样性(单轮)流畅性(多轮)一致性(多轮)准确性(多轮)
    GCRs1.4781.3191.1841.1291.3261.147
    MECS1.2791.4371.2471.3961.2841.056
    RL1.4961.1241.3451.2381.0961.342
    ACO1.3511.3861.2391.3271.3121.258
    本文1.5321.4971.4121.5061.4681.523
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    表  3  交互体验感消融实验

    交互体验感消融实验连贯性(单轮)合理性(单轮)多样性(单轮)流畅性(多轮)一致性(多轮)准确性(多轮)
    FCM+性格特征1.4251.4191.4321.4741.4291.465
    FCM+社会角色1.4671.4381.3841.4861.4471.496
    两个因素都有1.5321.4971.4121.5061.4681.523
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    表  4  不同模型交互满意度结果

    模型情感相似度情感精确度情感活跃度交互满意度
    GCRs0.6150.6950.5360.631
    MECS0.6370.7680.4620.654
    RL0.6420.7290.4710.642
    ACO0.5680.6370.4360.569
    本文0.6710.7940.5170.689
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    表  5  交互满意度消融实验

    满意度消融实验情感相似度情感精确度情感活跃度交互满意度
    FCM+性格特征0.5570.6360.5090.579
    FCM+社会角色0.6480.7320.4980.651
    两个因素都有0.6710.7940.5170.689
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    表  7  交互参与度消融实验

    参与度消融实验N(轮)T(s)
    FCM+性格特征12126.35
    FCM+社会角色12132.56
    两个因素都有14153.47
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    表  8  不同模型有效性评价结果

    模型MRRMAP
    Chatterbot0.4570.485
    GCRs0.6240.643
    MECS0.5910.612
    RL0.5870.604
    ACO0.4820.503
    本文0.6530.674
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    表  9  有效性消融实验

    有效性消融实验MRRMAP
    FCM+性格特征0.5690.592
    FCM+社会角色0.6240.637
    两个因素都有0.6530.674
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-18
  • 修回日期:  2021-09-08
  • 网络出版日期:  2021-09-25
  • 刊出日期:  2022-02-25

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