In many autonomy applications, performance of perception algorithms is important for effective planning and control. In this paper, we introduce a framework for computing the probability of satisfaction of formal system specifications given a confusion matrix, a statistical average performance measure for multi-class classification. We define the probability of satisfaction of a linear temporal logic formula given a specific initial state of the agent and true state of the environment. Then, we present an algorithm to construct a Markov chain that represents the system behavior under the composition of the perception and control components such that the probability of the temporal logic formula computed over the Markov chain is consistent with the probability that the temporal logic formula is satisfied by our system. We illustrate this approach on a simple example of a car with pedestrian on the sidewalk environment, and compute the probability of satisfaction of safety requirements for varying parameters of the vehicle. We also illustrate how satisfaction probability changes with varied precision and recall derived from the confusion matrix. Based on our results, we identify several opportunities for future work in developing quantitative system-level analysis that incorporates perception models.


翻译:在许多自主应用中,执行认知算法对于有效规划和控制十分重要。在本文中,我们引入了一个框架,用于计算正式系统规格的满足概率,给出了一个混乱矩阵,这是一个多级分类统计平均性能衡量标准;我们根据一个特定代理人和环境真实状态的初始状态,定义线性时间逻辑公式的满足概率;然后,我们提出了一个算法,以构建一个根据认知和控制构成构成的系统行为马可夫链,使在马尔科夫链上计算的时间逻辑公式的概率与我们系统满足时间逻辑公式的概率相一致;我们用人行人在人行人行驶环境中的简单例子来说明这一方法,并计算出该车辆不同参数满足安全要求的概率;我们还演示了不同精确度的满意概率变化,并回顾了混乱矩阵。根据我们的结果,我们为今后制定包含认知模型的定量系统级分析工作确定了若干机会。

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马尔可夫链,因安德烈·马尔可夫(A.A.Markov,1856-1922)得名,是指数学中具有马尔可夫性质的离散事件随机过程。该过程中,在给定当前知识或信息的情况下,过去(即当前以前的历史状态)对于预测将来(即当前以后的未来状态)是无关的。 在马尔可夫链的每一步,系统根据概率分布,可以从一个状态变到另一个状态,也可以保持当前状态。状态的改变叫做转移,与不同的状态改变相关的概率叫做转移概率。随机漫步就是马尔可夫链的例子。随机漫步中每一步的状态是在图形中的点,每一步可以移动到任何一个相邻的点,在这里移动到每一个点的概率都是相同的(无论之前漫步路径是如何的)。
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