新型马尔可夫序列生成器和生成马尔可夫序列的新方法技术

新型马尔可夫序列生成器和生成马尔可夫序列的新方法生成有可控性质，尤其是满足至少一个控制准则的性质的马尔可夫序列，控制准则是保持在序列条目上的可计算要求。马尔可夫序列以块方式生成，每块包含序列中的多个条目。每个块的生成期间，在马尔可夫序列空间中执行搜索以找到能满足控制准则的块大小的一系列条目。搜索可利用生成和测试的方法执行：生成块大小的马尔可夫序列，然后测试对控制准则的要求的遵从度。或者，搜索可通过将序列生成任务公式化为约束满足问题来执行，一个或多个约束确保所生成的序列是马尔可夫的，一个或多个约束实施控制准则的要求。序列生成器可用于用户经由输入设备（２０）指定控制准则的交互式系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及马尔可夫序列生成领域，S卩，涉及生成包括至少一部分具有马尔可夫 性质的序列的方法和设备。更具体地，本专利技术与一种新型马尔可夫序列生成器和生成方法 相关，其具有生成包括马尔可夫性质可控的序列部分的能力。
技术介绍
存在多个利用马尔可夫序列生成器的应用用以生成序列通常，这些应用寻找可 对过程进行建模的马尔可夫序列(例如，建模机会对策(garneof chance)中可能出现的结 果序列，建模出现在自然世界中的过程，等)，其他应用针对创作新作品——例如，新的歌 曲、新的文字作品等——尤其是用于用户娱乐方面。在后者的应用中，通常需要创作过程至 少在某受限程度上是交互式的。回想与马尔可夫序列相关的基本特征是有益的。马尔可夫序列(或马尔可夫链) 是条目的序列，其中，在序列中位置靠前的条目对序列中位置靠后的条目没有影响。在阶数 (order)为1的马尔可夫序列中，序列中的下一个条目只取决于在该条目之前的条目和定 义了从一个条目转变到另一条目的各自概率的概率集。可认为序列中的每个条目代表“系 统状态”，并且该概率分布定义了从一种系统状态转变到另一系统状态的概率。例如，在蛇 爬梯子的游戏中，由玩家的游戏片所占据的方块的序列是阶数为1的马尔可夫序列。每轮 中，序列中的下一方块仅由当前方块和掷骰子的不同概率所确定。马尔可夫序列的“阶数”决定当生成序列中的下一条目时应当考虑序列中的多少 个在前条目。例如，考虑到目前为止已生成字母表ABCEDDEG的字母序列的马尔可夫序列 生成器。当决定该序列的下一个字母时，阶数为1的马尔可夫序列生成器仅考虑序列中的 最后一个条目(即，“G”)，阶数为2的马尔可夫序列生成器将考虑序列中的最后两个条目 (即，子序列“EG”)，阶数为3的马尔可夫序列生成器将考虑序列中的最后3个条目(S卩，子 序列“DEG”)，并以此类推。为了说明方便，此处应用“前导(preamble)”来说明当决定在序 列中的下一位置放入何条目时，马尔可夫序列生成器所考虑的条目或子序列。因此，在上述 示例中，阶数为1、2、3的马尔可夫生成器分别利用了前导“G”、“EG”和“DEG”。在每种情况 下，马尔可夫序列生成器通过在理论上可能作为下一个的可能候选条目中进行随机抽签来 确定下一条目，其中考虑了每个候选条目跟随在所关心的前导之后的各自的概率。可以形成一部分序列的条目域以及从一个条目转变到另一条目的概率取决于马 尔可夫序列生成器正在使用的应用。通常，候选条目的域基本上是常数，而与选择条目的序 列位置无关。另外，域中的条目可以是不同类型的元素和/或具有同一通用类型但具有不 同性质的元素例如，在一种情形中，将要生成的序列是音乐音符的序列，域中的条目可以 是具有不同音调、音长、不同节拍性质、不同幅度等以及其不同组合(即，不同角度)的音 符。在一些情形中，从序列中一个条目转变到另一条目的概率由明确规则所确定例 如，在马尔可夫序列建模在蛇爬梯子游戏期间由游戏片所占据的方块序列的情形中，从给定方块到具体其他方块的转换概率取决于掷骰子会将游戏片转移到其他方块上的概率。但 是，在多种应用中，特别是在马尔可夫序列生成器被意欲用于自动创作新作品的应用中，所 允许的转换和与其相关联的概率通常从包括与全部或部分将要生成的类型的作品相关的 序列或子序列的训练数据库中得来。在此情形下，配置马尔可夫序列生成器使得其应用仅 与已在训练数据库中的序列/子序列中发生的转换有关的转换概率。马尔可夫链文本生成器经常被用于生成输入文本的模拟(例如，有具体诗人的风 格的输入诗歌的模拟)。在此情形下，输出序列需要遵从文本语言所遵从的句法规则以及模 仿此具体输入文本的风格趋势。这通过分析输入文本和控制马尔可夫链生成器来获得，使 得在生成文本中的给定字到字转换的概率可以基于输入文本中的同样的字到字转换的概 率。以同样的方式，当需要以具体作曲家的风格生成旋律时，可利用由该作曲家创作的乐节 作为马尔可夫序列生成器的训练数据库，在生成的旋律中，音符到音符的转换得自于基于 与训练数据库中相应音符到音符的转换的概率的随机抽签。传统的马尔可夫序列生成器基于增量，使用上述随机抽签的方式来逐项构建序 列。这是“低成本”的方式，即，使得以少的计算开销来生成输出序列的方式。但是，传统马 尔可夫序列生成器不允许用户控制所生成的马尔可夫序列的性质。欧洲专利申请EP1274069描述了一个称为Continuator的自动音乐创作系统，该 系统使用马尔可夫序列生成器以生成作为输入到系统(例如，通过用户弹奏乐器)的旋律 的继续的音乐音符或和弦。该系统试图生成由用户开始的旋律的实声继续的序列，该序列 模仿了训练全集的风格特征。Contirumtor中所使用的马尔可夫序列生成器是可变阶数 的马尔可夫序列生成器，该生成器选择下一个将要生成的音符/和弦，比较到目前为止的 旋律的终止部分(包括到目前为止由用户弹奏的序列和所生成的继续)和出现在训练全 集中的序列，在训练全集中查找与到目前为止的旋律终止部分相匹配的最长序列，选择在 此最长序列之后的继续中的下一音符/和弦。然后，通过考虑由先前输入序列组成的新序 列来迭代该过程，并连接由此选择的条目(变长随机游动方法(variable-length random walkapproach))0通过输入用于对下一个将被包含在继续中的条目的选择产生偏移的短序列音符， Continuator允许用户“在具体方向上”开始旋律的生成，例如，根据序列中的和谐性质或音 符的速度。但是，即使是在此系统中，用户只能对所生成的序列实施非常有限的控制，具体 地，用户输入只影响继续(序列)中的一个条目，即，临近已被生成的序列部分的条目。
技术实现思路
本专利技术优选的实施例提供了马尔可夫序列生成器和马尔可夫序列生成方法，使得 用户对输出马尔可夫序列的特性有更多扩展的控制。体现本专利技术的一些序列生成器和生成 方法可以配置为生成实质上全部是马尔可夫的序列；其他的序列生成器和生成方法可配置 为生成和输出具有马尔可夫和非马尔可夫部分的组合序列；但是，还有其他的序列生成器 和生成方法可配置为能够在生成全马尔可夫、非马尔可夫和混合序列之间切换。本专利技术利用在马尔可夫序列中相邻条目的转换的概率性质，尤其是，利用存在多 个将在给定马尔可夫序列生成任务中生成的不同可能的马尔可夫序列的事实(对于给定 序列中的条目域的集合和给定的可允许的转换和相关联的概率的集合)。总之，这些不同可能的马尔可夫序列将具有不同的性质。因此，当用户希望获得具有具体性质的马尔可夫序 列时，根据本专利技术的马尔可夫生成器在多个可能的马尔可夫序列中执行搜索以便找到一个 (或多个)与用户选择准则(或多个准则)相匹配的序列。形式上，可以说根据本专利技术的 马尔可夫链生成器搜索可能的马尔可夫序列空间以便定位一个或多个满足用户单个准则/ 多个准则的序列。本专利技术提供了从实现在传统马尔可夫链生成器中的增量式、逐条生成的马尔可 夫序列到新方法的范例转换，在该新方法中，马尔可夫链生成器搜索包括所有理论上可能 的马尔可夫序列，考虑位于在这些理论上可能的序列中的多个位置上的条目的性质，尤 其是与序列中正被选择作为下一个条目的之后的条目的位置相关的“前向位置(fo本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种马尔可夫序列生成器，适合于生成和输出定义条目序列的数据，所述序列的至少一部分具有马尔可夫性质，所述马尔可夫序列生成器包括：输入单元，适合于接收定义一个或多个控制准则的集合的控制输入，所述一个或多个控制准则指定要被生成的序列的希望的性质；以及选择单元，适合于对马尔可夫序列部分中的每个位置，选择在所述位置包含在所述序列中的条目，所述选择单元包括：概率确定单元，适合于提供概率数据，所述概率数据定义了在序列中给定候选条目将跟随在所述序列中确定出的一个或多个在前条目的子序列后的概率，马尔可夫链管理单元，适合于控制条目的选择，使得所述序列中的给定条目根据由所述概率数据定义的概率，跟随在所述序列中的所述一个或多个在前条目后，以及输出单元，适合于输出指示所选条目的完成数据；其中，所述序列生成器适合于输出包括由所述选择单元输出的所述完成数据的序列数据，作为代表所述序列的所述至少一部分的序列数据；其特征在于所述选择单元适合于当选择用于包含在所述序列的给定位置处的条目时，搜索一个或多个在所述给定位置处包含了所述条目的马尔可夫序列，并且匹配控制准则，所述控制准则定义保持在所述序列中的至少一个条目上的可计算要求，所述至少一个条目位于所述序列中已由所述选择单元输出了完成数据的位置之后但非立即相邻的位置。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：法兰克斯帕彻特，皮埃尔罗伊，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]