I nte rna t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io n   ( I J RA )   Vo l.   5 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6 ,   p p .   26 2 ~ 27 6   I SS N:  2089 - 4856          262       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J RA   Self - Co r rect iv e  A utono m o us Sy st e m s usi ng  O p ti m i za tion  Process es for  Det ection a nd  Co rrec tion o Un ex pecte d Erro Co ndition s       Nico la die Ta m   Dep ar t m en t o f   B io lo g ical  Scie n ce s ,   U n iv er s it y   o f   No r th   T ex as,  US A       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   25 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   No v   2 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   No v   1 7 ,   2 0 1 6       A   th e o re ti c a f ra m e w o rk   f o a u to n o m o u se lf - d e tec ti o n   a n d   se lf - c o rre c ti o n   o f   u n e x p e c ted   e rro c o n d it io n is  d e riv e d   b y   in c o rp o ra ti n g   th e   p rin c ip les   o f   o p e ra ti o n   in   a u to n o m o u c o n t ro in   b i o lo g ica e v o lu ti o n .   Us in g   th e   b io l o g ica ll y   in sp ired   p ri n c ip les ,   th e   ti m e - d e p e n d e n t   m u lt i - d i m e n sio n a d isp a rit y   v e c to is  u se d   a a   q u a n ti tativ e   m e tri c   f o d e tec ti n g   u n e x p e c ted   a n d   u n f o re s e e a b le  e rro c o n d it i o n s   w it h o u a n y   e x tern a a ss istan c e .   T h e   d isp a rit y   v e c to is  a   m e a su re   o f   th e   d is c re p a n c y   b e t w e e n   th e   e x p e c ted   o u tco m e   p re d icte d   b y   th e   a u to n o m o u sy ste m   a n d   th e   a c tu a o u tco m e   in   th e   re a l   w o rld .   It  is  u se d   a a   m e a su re   t o   d e tec a n y   u n e x p e c ted   o u n f o re se e a b le  e rro rs.   T h e   p r o c e ss   f o a u to n o m o u se lf - c o rre c ti o n   o f   t h e   se lf - d isc o v e re d   e rro rs  is  a n   o p ti m iza ti o n   p ro c e ss   to   m in i m ize   th e   e rro rs  re p re se n ted   b y   th e   d isp a rit y   v e c to rs.   T h e   stra te g ies   f o p rio rit izin g   th e   u rg e n c y   o c o rre c ti v e   act io n a re   a lso   p ro v id e d   in   t h e   th e o re ti c a d e riv a ti o n s.   T h e   c rit e ria  f o a n y   c h a n g e   in   d irec ti o n   o f   th e   c o rre c ti v e   a c ti o n a re   a lso   p ro v i d e d   q u a n ti tativ e ly .   T h e   c rit e ria  f o th e   d e tec ti o n   o f   t h e   m in im iz a ti o n   a n d   m a x i m iza ti o n   o f   e rro rs   a re   a lso   p ro v id e d   i n   t h e   a u t o n o m o u o p ti m iza ti o n   p ro c e ss .   T h e   b io l o g ica c o rre sp o n d e n c e o f   th e   e m o ti o n a re sp o n se in   re lati o n   t o   t h e   a u to n o m ic  se l f - c o rre c ti v e   f e e d b a c k   s y ste m s are   a lso   p r o v id e d .     K ey w o r d :   Au to n o m o u s   s y s te m s   E m o tio n al  p r o ce s s i n g   E r r o r   c o r r ec tio n   E r r o r   d etec tio n   Co p y rig h ©   201 6   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Nico lad ie   T am ,   Dep ar t m en t o f   B io lo g ical  Scie n ce s ,   Un i v er s it y   o f   No r th   T ex as,  De n to n ,   T 7 6 0 2 3   USA .   E m ail:  n ico lad ie. ta m @ u n t.e d u       1.   I NT RO D UCT I O N   On o f   t h m o s cr u cia p r o b lem s   in   a u to n o m o u s   co n tr o is   th ab ilit y   to   d etec an d   co r r ec u n e x p ec ted   er r o r s   au to n o m o u s l y   w i th o u an y   ex ter n al  as s is t an ce .   T h is   in tr i n s ic  p r o b le m   u s u all y   r eq u ir es  s el f - id en ti f icatio n   o f   er r o r   co n d itio n s   an d   s el f - co r r ec tio n   o f   t h id en tifie d   er r o r   co n d itio n s   au to n o m o u s l y   [ 1 ] .   Au to n o m o u s   co r r ec tio n   o f   s elf - d is co v er ed   er r o r   is   o n o f   th m o s ch alle n g in g   p r o b le m s   to   s o lv i n   au to n o m o u s   co n tr o l o f   a n y   co m p lex   s y s te m s .   T h ese  co m p le x   a u to n o m o u s   s y s te m s   i n cl u d e,   b u n o t li m ited   to ,   au to n o m o u s   r o b o ts ,   au to n o m o u s   s w a m p   r o b o ts   an d   b io lo g ical  o r g an i s m s .   E v e n   th o u g h   th er is   g r ea t   d iv er s it y   o f   a u to n o m o u s   s y s t e m s   r a n g i n g   f r o m   au to n o m o u s   r o b o ts   to   liv i n g   o r g an is m s ,   th co m p u tatio n a l   pr o b lem s   in   s el f - co r r ec tio n   o f   er r o r   co n d itio n s   f ac ed   w i th   th ese  s y s te m s   ar s i m ilar .   T h at  is ,   r eg ar d les s   o f   w h et h er   it  is   an   i n a n i m ate  r o b o t,  liv in g   a n i m al  o r   h u m a n ,   th e   p r o b ab ilit y   o f   s u r v i v al  is   d ep en d en o n   th e   ab ilit y   to   s elf - co r r ec an y   i n te r n al  er r o r   c o n d itio n s   t h at  it  en co u n ter ed .   T h er ef o r e,   it  is   im p o r tan to   d esig n   a   s y s te m   t h at  is   ca p ab le  o f   s el f - d is co v er y   o f   er r o r s   an d   s elf - c o r r ec tio n   o f   an y   er r o r   co n d itio n s ,   esp ec iall y   th o s e   u n f o r esee n   in ter n al  er r o r   co n d itio n s   t h at  ar n o t e m b ed d ed   in   th d esi g n   o f   t h s y s te m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       S elf - C o r r ec tive  A u to n o mo u s   S ystems   u s in g   Op timiz a tio n   P r o ce s s es fo r   Dete ctio n   and   ...   ( N ico la d ie  Ta m )   263   1 . 1 .   F ee db a c k   Co ntr o l Sy s t e m   in   Ro bu s t   E ng i neer ing   Desig f o E rr o Co rr ec t io n   On o f   th d esi g n   p r in cip les   in   r o b u s en g i n ee r in g   d esi g n   is   th u s o f   f ee d b ac k   s y s te m s   i n   th e   co n tr o o f   au to n o m o u s   s y s te m s .   Feed b ac k   co n tr o is   o n e   o f   th s ta n d ar d   m o d es  o f   o p er atio n   in   o r d er   to   co r r ec f o r   er r o r   co n d itio n s   in   en g i n ee r in g   ( cf .   [2 - 5] ).   So m eti m e s ,   f ee d f o r w ar d   co n tr o is   o f te n   u s ed   to   i m p r o v t h e f f icie n c y   i n   p r o v id in g   f a s r esp o n s t i m e   [ 6 ] .   Yet,   t h ese   f ee d f o r w ar d   o r   f e ed b ac k   s y s te m s   ar e   e m b ed d ed   in to   th s y s te m   b y   d esig n   w it h   a   p r io r i   k n o w le d g o f   h o w   t h er r o r   co n d itio n s   m a y   e x i s t.   I f   t h e   s p ec if ic  e x p ec ted   er r o r s   w er k n o w n ,   it   is   ea s y   to   i m p le m en f ee d b ac k   co n tr o s y s te m   to   co r r ec f o r   s u c h   er r o r   c o n d itio n s .   Fo r   in s ta n ce ,   to   p r ev en s k id d in g   in   ca r s ,   f ee d b ac k   co n tr o s y s te m   ca n   b d esig n ed   in   t h an ti - lo ck   b r ak s y s te m ,   b ec au s th e   p h y s ic s   o f   th e   er r o r   co n d itio n s   f o r   s k id d in g   in   wet  r o ad s   ar k n o w n .   Ho w e v er ,   if   th er r o r   co n d i tio n s   ar u n k n o w n   o r   u n e x p ec ted   ( s u ch   a s   s o f t w ar b u g s   ca u s ed   b y   t h e   m al f u n ctio n   o f   th co n tr o s y s te m   [ 7 ] ) ,   th en   th co r r ec tiv ac tio n s   m a y   n o b d esig n ed   in   th s y s te m   w it h o u t   th a   p r io r i   k n o w led g e   o f   h o w   th s y s te m   f ail s .   I n   co m p u t er   s y s te m s ,   o n o f   t h m o s c o m m o n   m et h o d s   f o r   id en ti f y i n g   u n e x p ec ted   er r o r   in   i n teg r i t y   o f   d ata  is   th u s o f   ch ec k s u m   [ 8 ,   9 ]   o r   r esu lt - c h e ck in g   [ 1 0 ,   1 1 ] .   Yet,   th ese  m et h o d s   o f te n   as s u m t h er r o r s   ar ex ter n al  er r o r s   r ath er   th a n   i n ter n al  er r o r s .   T h at   is ,   if   t h s y s te m   is   a   f au lt y   s y s te m   w i th   d e s ig n   f la w s   i n ter n all y   ( s u c h   as  s o f t w a r p r o g r am m i n g   b u g s ) ,   t h en   t h ab ilit y   to   d etec an d   s elf - co r r ec t in ter n al  f au lt i s   d au n ti n g   p r o b lem   f o r   d esig n in g   f u l l y   a u to n o m o u s   s y s te m .     1 . 2 .   E ng ineeri ng   Desig n P ro ble f o Unex pect ed  E rr o Co nd it io ns   Sp ec if icall y ,   i f   th e   f ee d b ac k   c o n tr o l s y s te m   its el f   is   f a u lt y ,   t h en   t h p r o b le m   to   s el f - co r r ec t th e   f au l t y   co n d itio n   w it h in   t h co n tr o s y s te m   its e lf   is   a   m u c h   h ar d er   p r o b lem   to   s o lv e.   T h is   is   cr u cial  p r o b lem   w h e n   th f a u l co n d itio n   is   u n d eter m i n ed   b ey o n d   th o r ig i n al  d e s ig n   o f   t h s y s te m .   T h er ef o r e,   in   o r d er   to   d esig n   a   tr u l y   au to n o m o u s   s y s te m ,   it  s h o u ld   b ca p ab le  o f   s el f - co r r ec tin g   a n y   u n e x p ec ted   er r o r   co n d itio n s   th at   it   d is co v er s   w it h o u an y   e x ter n al  g u id an ce   o r   e x ter n al  co n t r o l.   T h ese  u n f o r eseea b le  er r o r   co n d itio n s   m a y   in cl u d th d es ig n   f la w s   o f   t h o r ig i n al  i m p le m en tatio n   ( w h ic h   is   o f te n   u n p r ed ictab le  w h e n   th e   s y s te m   i s   o p er atin g   in   t h r ea w o r ld ) .     1 . 3 .   T he  P ro ble m   o f   Self - Dis co v er y   a nd   Self - Co rr ec t io n o f   I nt er na l D esig n F la w s   Mo s tr ad itio n al   en g i n ee r in g   d esig n s   a s s u m t h at  t h er i s   n o   d esi g n   f la w ,   an d   th e   s y s t e m   s h o u ld   b eh av as  e x p ec ted   b y   d es ig n .   Yet,   in   t h r ea w o r ld   i m p le m en ta tio n ,   t h er ar al w a y s   u n e x p ec ted   an d   u n f o r eseea b le  er r o r s   en co u n te r ed   in   r ea li f th a ex h ib it  d e s ig n   f la w s   in   th e   s y s te m .   Fo r   in s ta n ce ,   t h m o s t   co m m o n   d esig n   f la w s   in   s o f t w ar en g i n ee r i n g   ar t h ex i s ten ce   o f   s o f t w ar b u g s   i n   th s o f t w ar s y s te m .   So f t w ar b u g s   ar th u n f o r eseea b le  er r o r   co n d itio n s   e n co u n ter ed   i n   t h r ea w o r ld   i m p le m e n o f   s o f t w ar e   ap p licatio n s   t h at  ar e   b e y o n d   t h e x p ec tatio n   o f   t h o r i g i n al   d esig n .   T h at  i s ,   i f   t h e   s o f t w a r i m p le m en tatio n   w er o p er atin g   a s   ex p ec ted   b y   th d esi g n ,   th e n   t h er s h o u l d   n o b an y   s o f t w ar b u g s   i n   th f i n al  p r o d u ct.   Ho w e v er ,   in   r ea lit y ,   ev er y   s o f t w ar en g i n ee r   d esig n er   k n o w s   th at  s o f t w ar b u g s   ar lik el y   to   ex i s in   a n y   i m p le m en ta tio n   o f   th co m p l ex   s o f t w ar s y s te m .   T h u s ,   th p r o b lem   o f   s el f - d i s co v er in g   s o f t w ar b u g s   a n d   s elf - co r r ec tio n   o f   t h ese  b u g s   w h e n   th e y   w er d is co v er ed   ar d au n tin g   p r o b l e m   f o r   ad v an ce d   au to n o m o u s   in telli g e n t so f t w ar d esig n s .     1 . 4 .   Aut o no m o u s   Sy s t e m   w it h Se lf - Dis co v er y   a nd   Self - Co rr ec t io n o f   Unex pect ed  E rr o rs   On o f   t h m o s ch alle n g i n g   p r o b lem s   i n   en g i n ee r in g   d esi g n s   i s   th ab ilit y   to   d esig n   s y s te m   w i th   th ca p ab ilit y   to   s e lf - d is co v er   in ter n a er r o r s ,   an d   th en   s el f - c o r r ec s u ch   er r o r s   o n ce   th e y   wer id en tif ied .   T h e   m o s d if f ic u lt  p ar o f   th p r o b lem   f o r   tr u l y   au to n o m o u s   s y s te m   d esi g n   i s   th at  a b ilit y   to   d is co v er   u n f o r eseea b le  er r o r s   th at  ar b ey o n d   th o r ig i n al  d esig n s .   T h a is ,   th au to n o m o u s   s y s te m   s h o u ld   b ab le  to   co r r ec an y   er r o r s   th at  it  e n c o u n ter s ,   i n cl u d in g   t h u n e x p ec ted ,   u n f o r eseea b le  d esig n   f la w s ,   if   it  is   tr u l y   au to n o m o u s .   T h ab ilit y   to   s el f - co r r ec th e   s y s te m s   o w n   f au lt  co n d it io n s   d ep en d s   o n   th e   ab ilit y   to   id en ti f y   er r o r   co n d itio n s   h ad   e x is ted o th er w i s e,   it   w o u ld   n o b ab le  to   co r r ec it.  I n   m o s e n g in ee r i n g   d esi g n s ,   t h f i n al   i m p le m en ta tio n   al w a y s   a s s u m t h e   p r o d u ct  w ill   o p er ate  as  e x p ec ted   ac co r d in g   to   d es ig n .   Ho w ev er ,   th i s   ass u m p tio n   m a y   n o b v alid   in   t h r ea w o r ld   b ec au s if   t h er w er d esig n   f la w s ,   h o w   w o u ld   th m ac h in e   k n o w   it s el f   is   er r o n eo u s ?     1 . 5 .   Det ec t io n o f   Unex pect ed  F a ult  Co nd it io ns   Mo s o f te n ,   th d esi g n   f la w s   ar d is co v er ed   an d   d etec ted   b y   s o m o th er   ex ter n al  s o u r ce s   o th er   th a n   th i m p le m en ted   p r o d u ct  its el f .   T h at  i s ,   i f   t h a u to n o m o u s   p r o d u ct  is   r o b o o r   s o f t w ar e   p r o g r a m ,   it  w o u ld   r ar ely   d is co v er   its   o w n   b u g     th b u g s   ar o f te n   d is co v er ed   b y   s o m e x ter n al  s o u r ce ,   s u ch   as a n o th er   h u m a n .   On   t h o t h er   h an d ,   i f   th e   au t o n o m o u s   b ein g   is   a   li v i n g   o r g an i s m   ( s u c h   as   h u m a n   o r   an i m al) ,   t h o r g a n i s m   its el f   o f te n   d o es  n o k n o w   i ts   in tr in s ic  f a u lt  co n d itio n s     th o s f la w s   ar o f te n   d is co v e r ed   b y   s o m o t h er   h u m a n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   5 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6 :   26 2     27 6   264   T h is   p ap er   is   f o cu s ed   o n   ad d r ess in g   h o w   to   d esi g n   a u to n o m o u s   s y s te m s   t h at  ca n   s el f - d is co v er   u n f o r eseea b le  f au lt  co n d itio n s n o j u s f o r eseea b le  er r o r s   in   in ter ac ti n g   w i th   th e   ex ter n al  w o r ld ,   b u a ls o   u n f o r eseea b le  in ter n al  f a u lts   a n d   b u g s   co n d itio n s .   I is   ad d r ess i n g   t h n e x t - g e n er atio n   d es ig n   o f   a u to n o m o u s   s y s te m s   t h at  ar ca p ab le  o f   s elf - d is co v er   u n f o r eseea b le  er r o r   co n d itio n s .     1 . 6 .   Co rr ec t io n o f   Self - Dis co v er e d E rr o Co nd it io ns   I n   th d esi g n   o f   t h n e x t - g en er atio n   au to n o m o u s   s el f - co r r ec tiv s y s te m s ,   n o o n l y   d o   th e y   n ee d   to   d is co v er   u n ex p ec ted   er r o r   c o n d itio n s ,   b u a ls o   co r r ec th s el f - d is co v er ed   er r o r   co n d itio n s   w it h o u a n y   ex ter n al  h elp .   T h at  is ,   it  r eq u ir es  t w o - s tep   p r o ce s s   in   er r o r - r ec o v er y .   T h f ir s s tep   is   to   d is co v er   an d   id en ti f y   th e   s o u r ce   o f   er r o r   co n d itio n s   w it h o u a n y   ex ter n al  ass is tan ce .   T h s ec o n d   s tep   is   to   co r r ec th er r o r   co n d i tio n s   a n d   r ec o v er   f r o m   t h f au l co n d itio n   au to n o m o u s l y   w it h o u a n y   ex ter n al  g u id an ce .   Fo r   in s ta n ce ,   an   au to n o m o u s   s o f t w ar s y s te m   co u ld   b ab le  to   d is co v er   it s   o w n   b u g s   an d   co r r ec th b u g s   in   t h s o f t w ar e   co d w ith o u an y   e x ter n al  a s s is ta n ce .   Si m ilar l y ,   in   li v i n g   o r g an i s m ,   s u ch   a s   h u m an ,   it  w o u ld   b ab le  to   d is co v er   an d   id en tify   its   o wn   f la w s ,   th e n   co r r ec its   f au l ts   w ith o u g ett in g   h elp   f r o m   s o m eo n else  ( i.e . ,   w it h o u t c o u n s eli n g   b y   an o t h er   p er s o n ) .       2.   M E T H O D S   T o w ar d s   th g o al  o f   d esig n i n g   s el f - co r r ec tiv a u to n o m o u s   s y s te m ,   t h f ir s tas k   is   to   d etec th u n e x p ec ted   er r o r   co n d itio n s .   T h s ec o n d   task   is   to   co r r ec s u c h   d is co v er ed   th er r o r   co n d itio n   th at  it   en co u n ter s .   I n   o r d er   to   d is co v er   an y   u n ex p ec ted /u n f o r eseea b le  er r o r   w it h o u e x te r n al  g u id a n ce ,   w e   i m p le m en t   o n o f   th b io l o g icall y   in s p ir ed   m et h o d s   t o   d is co v er   an d   co r r ec th e   u n e x p ec ted   er r o r s   au to n o m o u s l y .   Si n ce   b io lo g ic al  o r g an is m s   ar au to n o m o u s   b y   n at u r e,   m o s o f   t h p r in cip les  o f   au to n o m o u s   o p er atio n   h av o f ten   alr ea d y   b ee n   d is co v er e d   in   ev o lu t io n .   I n   b io lo g ical  an i m al  s y s te m s ,   e s p ec iall y   i n   h i g h er - an i m als,  i n clu d i n g   h u m a n s ,   th ev o l u tio n   o f   e m o tio n al  r esp o n s es  i s   o n o f   th i n tr i n s ic  s e lf - co r r ec tiv e   p r in cip les d is co v er ed   in   n atu r to   id en tify   u n e x p ec ted   er r o r   co n d itio n s   a n d   r ec o v er   f r o m   t h e m   [ 1 2 ,   1 3 ] .     2 . 1 .   B io lo g ica lly   I ns pired A uto no m o u s   E rr o Rec o v er y   P ro ce s s   A cc o r d in g   to   th i s   th eo r y   o f   e m o tio n al  p r o ce s s i n g ,   e m o tio n   is   ev o l v ed   as  an   in ter n al  f ee d b ac k   s y s te m   th at  id en ti f ie s   er r o r   c o n d itio n s ,   w h ic h   is   ex p r ess ed   as  u n h ap p y   e m o tio n s   [ 1 4 ] .   T h er r o r   r ec o v er y   p r o ce s s   is   ess e n tiall y   t h i n ter n al  e m o tio n al  r eso l u tio n   p r o ce s s   to   r ea ch   th co n te n ted   s ta te  o f   h ap p in e s s ,   w h ich   s i g n if ie s   th co n g r u en t   s tat e   b et w ee n   th e x p ec ted   o u tco m a n d   th ac tu al   o u tco m i n   t h r ea l   w o r ld   [ 1 5 ] .   I is   ess e n tiall y   a n   o p ti m izatio n   p r o ce s s   to   m i n i m ize  th d is p ar it y   b et w ee n   th ex p ec ted   an d   th ac tu al  o u tco m es   s o   th at  w h e n   t h co n g r u e n c y   b et w ee n   t h e x p ec ted   an d   ac tu a o u tco m e s   is   r ea c h ed ,   it  is   i n d icate d   b y   th s tate   o f   h ap p i n ess   i n ter n all y .   T h u s o f   m i n i m izat io n   [ 1 6 ]   as t h f ir s t   an d   s ec o n d   o r d er   s elf - co r r ec tin g   m eth o d   h ad   b ee n   ex p lo r ed   th eo r etica ll y   i n   o th er   p h y s ical  s y s te m s .   I n   o th er   w o r d s ,   th er r o r   co n d itio n   is   s el f - d is co v er ed   au to n o m o u s l y   b y   th d is p ar it y   b e t w ee n   t h ex p ec ted   an d   th e   ac tu a o u tco m es,  w h ic h   i s   ex p r es s e d   as  t h u n h ap p y   e m o tio n al   s tate.   T h at  i s ,   th u n h ap p y   e m o tio n   is   a n   i n ter n al  f ee d b ac k   t h at  i n d icate s   s o m er r o r   co n d itio n s   h a v o cc u r r ed   th at  n e ed   to   b f ix ed .   T h is   p r o v id es  th e   au to n o m o u s   p r o ce s s   i n   er r o r   r ec o v er y ,   u s in g   e m o tio n   as  a n   i n ter n al  f ee d b ac k   t o   g u id t h er r o r   co r r ec tio n   p r o ce s s   to   m i n i m iz th er r o r s   th at  it d is co v er ed .   T h er ef o r e,   o n o f   th m et h o d o lo g ies  to   id en t if y   t h e x is te n ce   o f   er r o r   co n d itio n s   i s   to   co m p ar t h e   d if f er e n ce   b et w ee n   t h p r ed ic ted   o u tco m e s   o f   th s y s te m   a n d   th ac tu al  o u tco m e s   in   r ea l it y .   T h is   p ap er   w i ll   d er iv s et   o f   o p ti m izatio n   p r o ce s s   in   au to n o m o u s   r ec o v er y   o f   er r o r s   b ased   o n   t h p r in cip les  o f   o p er atio n   in s p ir ed   b y   th b io lo g ical  e m o tio n al  r eso lu t io n   p r o ce s s .     2 . 2 .   Self - Dis co v er y   o f   Unex pect ed  E rr o Co nd it io ns   B ased   o n   t h p r in c ip le  o f   s u r v iv al,   t h e   s u r v i v ab ilit y   o f   a   s y s t e m   i s   d ep en d e n t o n   t h ab ili t y   to   p r ed ict   th o u tco m es  p r o d u ce d   b y   t h s y s te m   ar as  ac c u r atel y   as   p o s s ib le.   T h at  is ,   th o u tco m es  p r o d u ce d   b y   th e   s y s te m   s h o u ld   co r r esp o n d   to   th ac t u al  o u tco m es   in   th e   r ea l   w o r ld   e n v ir o n m e n t.   I f   t h er ar d is cr ep an cie s   b et w ee n   th p r ed icted /ex p ec ted   o u tco m e s   an d   th ac tu a lit y   i n   th r ea w o r ld ,   th e n   th s y s t e m   m a y   n o s u r v i v e   as  w ell  as  s y s te m   th a ca n   p r o d u ce   th o u tco m ac cu r at el y .   T h er ef o r e,   th s u r v i v ab ili t y   o f   th s y s te m   i s   d ep en d en o n   t h ac cu r ac y   o f   p r o d u cin g   o u tco m es  th at  co r r e s p o n d   to   th r ea w o r ld   en v ir o n m e n t.   T h h ig h er   th d eg r ee   o f   co n g r u e n c y   b et w ee n   t h p r ed icted   an d   th ac tu al  o u tco m es,  th g r ea ter   t h e   s u r v iv ab il it y   o f   t h e   s y s te m   w i ll  b e.   Su r v iv ab ili t y   is   d ef i n ed   as  th p r o b ab ilit y   o f   s u r v i v al  f o r   an   a u to n o m o u s   s y s te m   to   o p er ate  an d   to   f u n ctio n   in   t h r ea w o r ld   w it h o u t c ata s tr o p h ic  f a ilu r e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       S elf - C o r r ec tive  A u to n o mo u s   S ystems   u s in g   Op timiz a tio n   P r o ce s s es fo r   Dete ctio n   and   ...   ( N ico la d ie  Ta m )   265   2 . 3 .   P rinciple o f   Su rv iv a bil it y   f o O pti m iz ing   t he  Aut o no m o us   Sy s t e m   Usi n g   t h i s   s u r v iv ab ili t y   p r in ci p le,   th g o al  o f   t h d es ig n   o f   t h a u to n o m o u s   s y s te m   i s   to   i n cr ea s it s   ch an ce   o f   s u r v i v al.   I n   o r d er   w o r d s ,   an y   f a u lt  co n d itio n s   wo u ld   d ec r ea s its   c h a n ce   o f   s u r v i v al  a s   s y s te m .   T h u s ,   i n   d esi g n i n g   tr u l y   a u t o n o m o u s   s y s te m ,   th p r o b le m   to   s o lv is   to   u s th e   s u r v i v a b ilit y   o f   t h s y s te m   as  m etr ic  f o r   o p ti m izatio n .   I n   o t h er   w o r d s ,   th e   g o al   is   to   o p ti m ize  t h e   s u r v i v al  o f   t h s y s te m   as   w h o le  i n   its   o p er atin g   p r in cip le s ,   s o   t h at  th e   s y s te m   ca n   d i s co v er   u n ex p ec ted   er r o r s   w i th o u r elia n ce   o n   a n y   ex ter n al   ass is tan ce .   I t   w ill   b s h o w n   b elo w   t h at   b io lo g ical  a u to n o m o u s   s y s te m s ,   s u c h   a s   h ig h er - a n i m als   an d   h u m a n s ,   u s e m o t io n   as  f ee d b ac k   s y s te m   to   s el f - d i s co v er   an d   s e lf - co r r ec an y   u n e x p ec ted   er r o r   co n d itio n s ,   ev en   th o u g h   t h o s er r o r   co n d itio n s   ar u n f o r esee n   a n d   u n p r ed icta b le,   w i th o u t a n y   a   p r io r i   k n o w led g o f   t h r ea li t y   in   th r ea w o r ld .     2 . 4 .   Dis cr epa ncy   M ea s ure  a s   a   M e t ric  t o   Self - Dis co v er   E rr o Co nd it io ns   I n   o r d er   to   d is co v er   u n ex p ec te d   er r o r s   w it h o u e x ter n a g u id an ce ,   o n e   o f   t h m et h o d o lo g ies  i s   to   u s e   th d is cr ep an c y   b et w ee n   t h p r ed icted   o u tco m es  o f   t h s y s te m   a n d   th e   ac tu a o u tco m es  i n   th r ea w o r ld   as  a   m ea s u r o f   th ex i s te n ce   o f   an y   er r o r   co n d itio n .   T h d if f er en ce   b et w ee n   th e s t w o   o u tco m es  w o u ld   in d icate   s o m er r o r s   m u s h av e x is te d   th at  ca u s ed   t h s y s te m   to   p r o d u ce   th in a cc u r ate  o u tco m e.   T h u s ,   u s i n g   th i s   d is p ar it y   m ea s u r e,   th s y s te m   is   ab le  to   s elf - d is co v er   an y   u n ex p ec ted   o r   u n f o r eseen   er r o r   co n d itio n s ,   w it h o u t   r el y in g   o n   an y   ex ter n al  g u id a n ce .   I w ill  b d er iv ed   b elo w   t h at  th i s   d is p ar it y   m ea s u r also   co r r esp o n d s   to   th u n h ap p y   e m o tio n   in   a n i m als   as  an   au to n o m ic  r esp o n s to   th d etec tio n   o f   er r o r   co n d itio n s   g e n er ated   in ter n a ll y   b y   th a n i m al  as a   f ee d b ac k   to   co r r ec t th u n ex p e cted   er r o r   co n d itio n s .       3.   SE L F - DIS CO V E RY  O F   UN E XP E C T E D/UNF O R E S E E AB L E   E RRO CO NDI T I O NS   L et      u ( t )   b t h t i m e - d ep en d e n t   m u lti - d i m en s io n a v ec to r   r ep r esen tin g   th e   p r ed icted   o u t co m e   p r o d u ce d   b y   th a u to n o m o u s   s y s te m ,   an d       ˆ  ( t )   th ti m e - d ep en d en m u lti - d i m e n s io n al  v ec to r   r ep r esen tin g   ac tu al  o u tco m e   i n   t h r ea l   wo r ld ,   th en   th e   ti m e - d ep en d en t   d is p ar it y ,       v ( t ) ,   b et w ee n   t h e x p ec ted   an d   t h e   ac tu al  o u tco m es i s   g i v e n   b y   th m u l ti - d i m e n s io n al  v ec to r :         v ( t ) = ˆ  ( t ) - u ( t )               ( 1 )   E ac h   o f   t h d i m en s io n s   o f   t h v ec to r s ,       u ( t )   an d       ˆ  ( t ) ,   co r r esp o n d s   to   th p h y s ica d i m e n s io n   o f   th s en s o r y   in p u t,  t h m o to r   o u tp u o r   th e   ab s tr ac m at h e m atica d i m en s io n   i n   t h eq u ati o n s   r ep r esen tin g   t h s e n s o r y   o r   o u tp u s ig n al s .   Fo r   in s ta n ce ,   t h p h y s ica d i m e n s io n   ca n   b e   lig h i n te n s i t y   ( f o r   v i s io n ) ,   s o u n d   i n ten s it y   ( f o r   h ea r in g )   o r   ch e m ical  i n te n s i t y   ( f o r   s m e lli n g ) .   I ca n   also   b an y   ab s tr ac m at h e m atica l   d im e n s io n   ( s u ch   as   p ain ,   w h ich   is   a n   ab s tr ac tio n   o f   t h alar m   s ig n al  e x tr ac ted   f r o m   t h v ar io u s   s en s o r y   d i m e n s io n s   to   r ep r esen a   n e w   ab s tr ac t   s e n s o r y   d i m e n s i o n   ca lled   p ain ,   w h ich   s i g n if ies  a n y   p o ten tial   f o r   ti s s u d a m ag e   i n   b io lo g ica l   o r g an is m s   o r   t h p r o b ab ilit y   f o r   s y s te m   d es tr u ct io n   t h at  en d an g er s   an   au to n o m o u s   r o b o t’ s   s u r v iv al) .   I f   t h ex p ec ted   a n d   t h ac t u a o u tco m e s   ar t h s a m e,   t h e r is   n o   d i s cr ep an c y   b et w ee n   th e m t h e   au to n o m o u s   s y s te m   i s   f u n ctio n in g   ac c u r atel y   w it h o u a n y   er r o r s .   T h is   is   i n d icate d   b y       v ( t ) = 0 .   Ho w e v er ,   if   th er is   d is cr ep a n c y   b et w ee n   t h o u tco m e s ,   i.e . ,       v ( t )   is   n o n - z er o   (     v ( t ) ¹ 0 ) th en   s o m er r o r s   m u s h av ex is ted .   T h er ef o r e,   th d is p a r it y   v ec to r ,       v ( t ) ,   ca n   b u s ed   as   th s el f - d is co v er y   er r o r   in d icato r   f o r   an   au to n o m o u s   s y s te m   to   d etec t th ex i s te n ce   o f   er r o r   co n d itio n s   w ith o u t a n y   e x ter n al  a s s i s tan ce ,   i.e . ,           v ( t ) ¹ 0   Þ   E r r o r   c ondi t i o n   h a s   d i s c ove re d         ( 2 )   T h is   m u lti - d i m e n s io n al  d is p ar it y   v ec to r   is   cr u cial  i n   d etec tin g   an d   id en t if y i n g   t h e x is te n c o f   er r o r   co n d itio n   th at  an   a u to n o m o u s   s y s te m   e n co u n ter ed .     3 . 1 .   B io lo g ica l Self - Det ec t io n o f   E rr o us ing   E m o t io n a s   t he  I nte rna l F ee db a c k   I n   b io lo g ical  e v o lu tio n ,   t h is   d i s p ar it y   v ec to r   is   e v o lv ed   a s   th e m o tio n ,   w h ic h   s ig n i f ie s   to   an   a n i m a l   th at  s o m et h i n g   is   w r o n g ,   i.e . ,   s o m et h i n g   is   in co n g r u e n w i th   t h e x p ec ted   r ea w o r ld   co n d itio n s .   T h at  is ,   an i m als  h a v e v o lv ed   to   u s e   e m o tio n   as  g u id to   d etec s o m et h i n g   w e n w r o n g   a u t o n o m o u s l y   w it h o u t   n ee d in g   a n y   ex ter n al   ass is ta n c o r   g u id an ce .   W it h o u t   e m o ti o n ,   an   an i m al   is   o b liv io u s   to   t h er r o r   co n d itio n s ,   an d   w o u ld   n o b ab le  to   r e s p o n d   to   th er r o n eo u s   co n d itio n s   f o r   s u b s eq u e n co r r ec tio n .   W ith   e m o tio n ,   an i m als ar ab le  to   r esp o n d   to   th f a u lt c o n d itio n ,   an d   d o   s o m et h in g   to   co r r ec t it.   T h is   also   ex e m p li f ies  tr ad itio n al  r o b o ts   w ith o u e m o tio n s   ca n n o r esp o n d   to   a n y   f a u lt  co n d itio n s   au to n o m o u s l y   u n le s s   th e   f au l t   co n d itio n s   a n d   co r r ec tiv e   ac t io n s   w er ex p lic itl y   i n s tr u cte d   b y   s o m e x ter n al  s o u r ce s ,   w h ic h   is   u s u all y   b e y o n d   th r ea ch   ( o r   th ab ili ty )   o f   th r o b o t   to   s elf - d is co v er   an d /o r   s elf - co r r ec t   s u c h   u n e x p ec ted /u n f o r esee n   e r r o r s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   5 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6 :   26 2     27 6   266   3 . 2 .   I dentif ica t io n o f   So urce   o f   E rr o rs   On ce   t h er r o r   co n d itio n s   ar s elf - d is co v er ed ,   th n e x s tep   in   t h p r o ce s s   o f   s el f - co r r ec tin g   er r o r   i s   to   id en tify   w h er th s o u r ce   o f   er r o r s   is   co m i n g   f r o m .   I is   cr u cial  to   id en tify   th s o u r ce   o f   er r o r   if   co r r ec tiv ac tio n s   w er d o n to   m in i m i ze   th e   er r o r s   o f   t h e   s y s te m   a u to n o m o u s l y .   I n   g e n er al,   t h er ar th r ee   p o s s ib l e   s o u r ce s   o f   er r o r s :   ( a)   in p u t e r r o r s   ( s en s o r y   er r o r s ) ,   ( b )   o u tp u t e r r o r s   ( ex ec u tio n   er r o r s ) ,   an d   ( c)   in ter n a m o d eli n g   er r o r s   ( p r ed ictio n   er r o r s ) .   L et   x   b t h m u lti - d i m e n s io n a v ec to r   r ep r ese n ti n g   t h i n p u t   o f   th e   s y s te m ,   y   th e   v ec to r   r ep r esen tin g   th o u tp u o f   t h s y s te m ,   a n d   z   b th v ec to r   r ep r esen ti n g   th in ter n al  p r ed ictio n ;   t h e n   t h in p u t   er r o r ,   o u tp u t   x y z ,   r esp ec tiv el y .   No te  th at  a n y   o f   th ab o v t h r ee   d if f er e n s o u r ce s   o f   er r o r s   ca n   co n tr ib u te   to   t h o v er all   er r o r s   t h at  r es u lt   i n   p r o d u cin g   a   d is cr ep an c y   b et w ee n   th e x p ec ted   a n d   th ac t u al  o u tco m es.   Sin ce   i n   t h r ea w o r ld ,   th er is   u s u all y   n o   a   p r io r i   k n o w led g o f   w h er t h er r o r s   m a y   co m f r o m ,   it  i s   o n o f   th e   m o s d if f ic u lt  ta s k s   to   id en tify   t h s o u r ce   o f   er r o r   co n d itio n s   au to n o m o u s l y .   E v e n   t h o u g h   t h er m a y   n o b a n y   cl u es  f o r   id en tify i n g   t h s o u r ce   o f   e r r o r   w ith o u a n y   p r io r i   k n o w led g e,   it  is   n o n ec ess ar il y   i n s u r m o u n tab le  to   f i g u r o u t h p o s s ib le  s o u r c o f   er r o r .   W w ill   in tr o d u ce   th m et h o d o lo g ies  f o r   d etec tin g   an d   id en ti f y i n g   t h s o u r ce s   o f   er r o r s .     3 . 3 .   I dentif y ing   t he  So urce   o f   E rr o r   On o f   th m et h o d o lo g ies  to   id en ti f y   t h er r o r   s o u r ce   is   to   m ak e   an   a s s u m p t io n   o f   w h er e   th er r o r   m a y   co m f r o m .   Si n ce   t h er r o r s   co u ld   co m f r o m   a n y   o n o f   th ab o v th r ee   s o u r ce s th er ef o r e,   b y   u s in g   a n   ex h a u s tiv s ea r ch   m et h o d ,   it c an   n ar r o w   d o w n   th s o u r ce   o f   er r o r   o n b y   o n e.   T h at  is ,   b y   a s s u m in g   t h s o u r ce   o f   er r o r   is   co m in g   f r o m   o n ( o r   m o r e)   o f   t h ab o v s o u r ce s ,   th en   co r r ec ti v ac tio n s   ca n   b tak e n   to   m in i m iz e   th e n co u n ter ed   er r o r s .   E v en   th o u g h   t h is   m a y   s ee m   lik e   b r u te - f o r ce   ap p r o ac h   to   s o lv e   th p r o b le m i is ,   ess e n tiall y ,   w h at  e v o lu tio n   h ad   co m e   u p   w i th   to   s o lv e   t h a u to n o m o u s   er r o r - r ec o v er y   p r o b le m   i n   t h e m o tio n al  r eso l u tio n   p r o ce s s   in   in tellect u al  h ig h er - a n i m al s .   T h is   is   also   o n o f   t h r ea s o n s   w h y   i is   o f te n   d if f ic u lt to   r eso l v u n r eso lv ed   e m o tio n s   ( ev en   i n   h u m a n s )   wh en   t h s o u r ce   o f   u n h ap p i n ess   is   u n id en ti f ied .   Fu r t h er m o r e,   m an y   o f   t h m e th o d o lo g ies  i n   ar tific ial  i n tel li g en ce   ( A I )   ar es s en t iall y   u s i n g   b r u te - f o r ce   ap p r o ac h   s o lu tio n s   to   s o lv h ar d   p r o b lem s   w i th o u an y   e x p licit  s o l u tio n s .   T h ese  b r u te - f o r ce   ap p r o ac h es   ar g en er aliza b le  i m p licit  m et h o d s   u s in g   i n telli g e n s ea r c h e s ,   ev e n   w it h o u e x p licit  m at h e m atica s o lu t io n s   to   s o lv co m p le x   a n d   ill - d ef in e d   p r o b lem s .   T h w id el y   u s e d   A I   m et h o d s   f o r   s o l v i n g   t h ese  h ar d   p r o b le m s   w it h o u ex p licit  s o lu t io n s   i n cl u d e,   b u n o li m ited   to ,   g en e ti alg o r ith m   [ 1 7 - 19] ,   ev o lu tio n ar y   al g o r ith m   [ 2 0 - 22] ,   ar tif icial  n e u r al  n et w o r k   [ 2 3 - 29] ,   s im u lated   an n ea lin g   [ 3 0 - 32] ,   o r   f u zz y   lo g ic  ap p r o a ch   [ 3 3 - 36] .   E ac h   o f   th ese  s ea r c h   alg o r it h m s   ess e n t iall y   u s es  b est - g u e s s   ap p r o ac h es  to   s ea r ch   f o r   p o s s ib le  s o lu t io n ,   an d   th en   u s e s   an   iter ati v ap p r o ac h   to   m i n i m iz th er r o r s   in   th s ea r ch   i n   o r d er   t o   ar r iv at  s o m o p ti m a l so lu tio n s .   Sin ce   n u m er o u s   s ea r c h   al g o r ith m s   f o r   ex p lo r in g   p o s s ib l o p ti m al  s o l u tio n s   h a v alr ea d y   b ee n   in v e s ti g ated   in   th e s s u b f ield s   o f   A I ,   in cl u d in g   g e n etic  al g o r ith m ,   ar tif icia n eu r al  n e t w o r k   an d   s i m u lated   an n ea l in g ,   t h e   ch o ice  o f   i m p l e m en tin g   an y   o f   t h ese   s ea r c h   m et h o d s   d ep en d s   o n   th e   i m p le m e n tatio n   o f   t h s p ec if ic  au to n o m o u s   s y s te m .   T h er ef o r e,   th f o cu s   o f   th is   p ap er   is   to   ex p lo r th m et h o d o lo g ies  in   au to n o m o u s l y   d etec tin g   a n d   c o r r ec tin g   s elf - d is co v er ed   er r o r s   r ath er   t h a n   f o cu s in g   o n   s e lec tin g   w h ic h   s p ec i f ic   co r r ec tiv alg o r it h m   to   u s e,   as  t h e y   h ad   b ee n   ex a m i n e d   ex ten s i v el y   else w h er i n   t h r esp ec ti v s u b - d is cip lin es o f   A I   m e n tio n ed   a b o v e.     3 . 4 .   O pti m iza t io n P ro ce s s   f o Dis co v er y   a nd   M ini m iza t i o n o f   E rr o rs   T o w ar d   th e   g o al  o f   id e n ti f y i n g   th e   s o u r ce   o f   u n id en ti f ie d   er r o r s   in   an   au to n o m o u s   s y s te m ,   we   in tr o d u ce   t h m et h o d o lo g y   f o r   tr o u b lesh o o tin g   i ts   o w n   s y s t e m   b y   th e   u s o f   th e   d is p ar it y   v ec to r ,       v ( t ) ,   as  a   m etr ic  f o r   s el f - d i s co v er i n g   er r o r   o f   th s y s te m   au to n o m o u s l y .   T h d is p ar it y   v ec to r   is   ti m e - v ar y in g ,   m u lti - d i m en s io n al  v ec to r   th at  r ep r esen ts   t h r ea l - ti m d is cr ep an c y   b et w ee n   th ex p ec ted   an d   th ac tu al  o u tco m e s   in   th r ea w o r ld .   T h ex is ten ce   o f   er r o r   co n d itio n s   i s   d is co v er ed   b y   t h d i s p ar it y   b et w ee n   t h ex p ec ted   an d   t h e   ac tu al  o u tco m es   in   ac tu a lit y .   T h u s ,   t h au to n o m o u s   p r o ce s s   f o r   s el f - co r r ec tin g   t h e n c o u n ter ed   er r o r   is   a   m i n i m izatio n   p r o ce s s   to   m in i m ize  t h d is p ar it y .   T h p r o b a b ilit y   o f   s u r v i v al  o f   t h s y s te m   i s   d ep en d en o n   t h e   ac cu r ac y   o f   its   p r ed ictio n s .   T h ac cu r ac y   o f   i ts   p r ed ictio n   ca n   b d eter m i n ed   b y   th d e g r ee   o f   co n g r u e n c y   b et w ee n   th p r ed icted   o u tco m an d   th ac tu a l o u tco m e.   T h d is p ar ity   v ec to r   is   m ea s u r o f   th i n co n g r u en ce   b et w ee n   t h p r ed icted   an d   ac tu al   o u tco m es .   T h en   th g o al  o f   t h au to n o m o u s   s y s te m   i s   to   m in i m ize  th d is p ar it y   v ec to r   s u c h   th a t c o n g r u e n ce   b et w ee n   th e   p r ed ictio n   an d   th ac tu alit y   ca n   b r ea ch ed .   I f   th er is   co n g r u e n ce   b et w ee n   t h p r ed icted   an d   ac tu al  o u tco m es,  th er r o r s   ar m i n i m ized ,   an d   t h p r o b ab ilit y   o f   s u r v iv al   i n cr ea s es.   I n   o th er   wo r d s ,   th is   p r o ce s s   i s   ess e n tiall y   a n   o p ti m iza tio n   p r o ce s s   to   m i n i m ize  th er r o r   to   o b tain   an   o p ti m al  s o lu tio n   f o r   th s y s te m   to   in cr ea s it s   p r o b ab ilit y   o f   s u r v iv a l.   T h is   o p ti m izatio n   p r o ce s s   i s   t h eq u i v al e n o f   t h s u r v iv al   o f   t h f itte s t‖   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       S elf - C o r r ec tive  A u to n o mo u s   S ystems   u s in g   Op timiz a tio n   P r o ce s s es fo r   Dete ctio n   and   ...   ( N ico la d ie  Ta m )   267   p r in cip le  in   b io lo g ical  ev o l u t io n   b y   u s in g   an   iter ati v s ea r ch   alg o r ith m   to   eli m in a te  u n f it  s o lu tio n s   t h at   d ec r ea s its   s u r v i v ab ilit y .   T h u s ,   th o p ti m izat io n   p r o ce s s   is   an   iter ati v p r o ce s s ,   th r o u g h   tr ial - an d - er r o r   to   o b tain   an   o p ti m al   s o lu tio n ,   s i m ilar   to   th tr ial - a n d - er r o r   ap p r o ac h   to   u s ex h au s ti v s ea r c h   i n   g e n etic  al g o r ith m   an d   ar ti f icial   n eu r al   n e t w o r k .   No te,   it  i s   w ell   k n o w n   t h at   t h ese   A I   m eth o d s   d o   n o n ec ess ar il y   g u ar an tee  t h s o lu t io n   r ea ch es  ei th er   a   g lo b al  m in i m u m   o r   lo ca m i n i m u m .   T h e y   m er el y   p r o v id s o l u tio n   t h at   m i n i m ize s   t h e   er r o r   co n d itio n s   b ec au s e,   m o s o f te n ,   th e   g lo b al  m i n i m u m   i s   an   u n k n o w n   i n   t h r ea w o r l d .   T h at  is ,   th m o s t   o p tim a s o l u tio n   m a y   n o t   b k n o w n   w it h   a n y   a   p r io r i   k n o w led g e.   T h b est   o n co u ld   d o   is   to   f i n d   a   m i n i m u m ,   w h ich   i s   o f te n   lo ca m in i m u m .   E v e n   th o u g h   it  m a y   b lo ca m i n i m u m ,   it  is   s o lu t io n ;   r eg ar d less   o f   w h et h er   it is   t h m o s t o p ti m a l so lu t io n   o r   n o t.     3 . 5 .   T o po lo g y   o f   t he  So lutio n Spa ce   in Sea rc h f o t he  O pti m a l So lutio n   Fi g .   1   illu s tr ates  th to p o lo g y   o f   th s o lu tio n   s p ac in   t h er r o r   m i n i m izatio n   p r o ce s s ,   in   wh ich   t h er e   m a y   b m u ltip le  m i n i m in   t h m u lt i - d i m e n s io n al  s o l u tio n   s p ac e.   Sin ce   m o s s ea r ch   al g o r ith m s ,   in cl u d i n g   ar tif icial  n eu r al  n e t w o r k ,   u s g r ad ien t - d esce n as   o n o f   th f ee d b ac k   cr iter ia  in   th iter ativ s ea r ch   f o r   an   o p tim a l so l u tio n ,   Fi g .   1   p r o v id es a n   ill u s tr atio n   o f   t h lo ca l   m i n i m v s .   t h g lo b al  m i n i m in   t h s ea r ch   s p ac e.   Usi n g   g r ad ien t - d escen t,  th s e ar ch   alg o r ith m   ca n   o f te n   b s tu ck   i n   lo ca m i n i m u m .   W h ic h   lo ca m i n i m u m   i t   is   s t u ck   o n   o f te n   d ep en d s   o n   t h in i tial c o n d itio n s   an d   o th er   s ea r ch   p ar a m eter s .   No n eth ele s s ,   a s   lo n g   as  t h er e   is   r ed u ctio n   o f   er r o r ,   i.e . ,   e r r o r   m i n i m izatio n ,   i is   co r r ec tin g   its e l f   au to n o m o u s l y   w i th o u an y   ex ter n al  g u id an ce .   S i m i lar l y ,   i n   b io lo g ical  ev o lu tio n ,   th a u t o n o m o u s   s o lu t io n s   f o u n d   i n   b io lo g ical   s y s te m s   a r n o n ec ess ar il y   th e   m o s o p ti m al  s o lu t io n ,   w h ic h   i s   w h y   d i f f er e n a n i m als   h av e   ev o l v ed   w it h   d i f f er en t   o p ti m al  s o lu t io n s   to   s i m i lar   p r o b le m s ,   a n d   ca m u p   w it h   d i f f e r en s e lf - co r r ec tiv e   s tr ateg ie s .   I n   o th er   w o r d s ,   th s ea r ch   alg o r it h m   d o es  n o n ec es s ar il y   f in d   a   u n iq u s o l u tio n ;   m o s o f te n ,   i t   f i n d s   d if f er en s o l u tio n s   d ep en d in g   o n   t h s ea r c h   p ath .   As  lo n g   a s   s o l u tio n   i s   f o u n d   th at  r ed u ce s   th er r o r ,   th en   t h s y s te m   is   ab le  to   r ec o v er   f r o m   th s el f - d is co v er ed   er r o r   au to n o m o u s l y   w it h o u a n y   e x ter n a l   ass is tan ce .   I n   r ea w o r ld   ap p licatio n ,   it  i s   o f te n   u s e f u to   f in d   p r ac tical  s o lu tio n ,   r ath e r   th an   a n   ab s o l u t e   s o lu tio n ,   i n   d ea li n g   w it h   r ea l   w o r ld   p r o b le m s .   T h u s ,   t h i s   p a p er   is   f o cu s ed   o n   d er i v in g   th e   p r ag m atic   s o l u tio n s   to   s elf - d is co v er   a n d   s el f - co r r ec an y   u n ex p ec ted / u n f o r esee ab le  er r o r   c o n d itio n s   t h at  an   au to n o m o u s   s y s te m   h as e n co u n ter ed .           Fig u r e   1 .   A   g r ap h ical  i llu s t r atio n   o f   t h m u lti - d i m en s i o n al  s o l u tio n   s p ac t h at  m o s s ea r ch   alg o r ith m s   u s e   in   f in d i n g   a n   o p tim a s o lu tio n   u s i n g   g r ad ien t - d escen t   m et h o d s   i n   t h o p t i m izatio n   p r o ce s s   to   s ea r ch   f o r   er r o r   m in i m a.   No te  th at  t h er ca n   b m u l tip le  er r o r   m i n i m i n   t h to p o lo g y .   T h u s ,   th e   o p ti m izatio n   p r o ce s s   m a y   d is co v er   lo ca m i n i m u m   r at h er   th a n   g lo b al   m i n i m u m .   No n et h ele s s ,   it  i s   an   o p ti m al  s o l u tio n ,   ev en   t h o u g h   it  m a y   n o t b th m o s t o p ti m a l so lu t io n .       4.   P RIOR I T I Z AT I O O F   E R RO CO NDIT I O NS  F O R   C O RREC T I O N   Giv e n   th at  t h d is p ar it y   v ec to r ,       v ( t ) ,   ca n   d etec th ex i s te n ce   o f   er r o r   co n d itio n s ,   th er co u l d   b e   m an y   d if f er e n er r o r   co n d itio n s   th at  e x is s i m u lta n eo u s l y   in   an y   s y s te m .   So m o f   t h er r o r   co n d itio n s   m a y   b e   cr itical,   w h ile  o t h er s   m a y   b l ess   cr itica l.   T h er ef o r e,   it  i s   i m p o r tan to   p r io r itize  w h ic h   er r o r   co n d itio n   n ee d s   to   b ad d r ess ed   f ir s t.   I n   o r d er   to   p r i o r itize  w h ic h   er r o r   co n d itio n   i s   m o r i m p o r tan t h an   o th er s ,   t h en   t h e   s y s te m   h as  to   h a v m ec h an is m   to   au to m ate  t h p r io r itizatio n   p r o ce s s .   Mo s i m p o r tan tl y ,   if   all  t h er r o r s   w er ad d r ess ed   s i m u lta n eo u s l y ,   all  th d if f er en co r r ec tiv ac tio n s   m a y   in ter f er w it h   ea ch   o th er ,   r esu ltin g   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   5 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6 :   26 2     27 6   268   m o r ch ao tic  s y s te m   t h a n   i w as.   T h u s ,   it  i s   es s e n tial  to   p r io r itize  th co r r ec tiv ac ti o n s   i n   t h o r d er   o f   i m p o r tan ce ,   i.e . ,   cr u cial  to   th e   s u r v iv a o f   t h s y s te m   as  wh o le.   I f   t h er r o r s   ar m i n o r ,   t h e y   ca n   b i g n o r ed   w it h o u ca u s in g   s y s te m   f ai lu r e.   Ho w ev er ,   i f   t h er r o r s   ar e   m aj o r ,   an d   if   th e y   w er ig n o r ed ,   th en   it  w o u ld   lik el y   lead   to   ca tast r o p h ic  s y s t e m   f a ilu r e,   d ec r ea s in g   it s   s u r v iv al  as a   s y s te m .     4 . 1 .   P rio ri t iza t io n by   t he  Size  o f   E rr o r   T h s ee m i n g l y   lo g ical  ap p r o a ch   is   to   p r io r itize  th i m p o r tan ce   o f   th er r o r   co n d itio n   is   to   ad d r ess   th e   lar g er   d is p ar it y   f ir s   b ase d   o n   t h s ize   o f   th e   er r o r   it  p r o d u ce d   ( w h ich   co n tr ib u te s   m o s to   t h er r o r   co n d itio n s ) .   Ho w e v er ,   in   r ea li t y ,   t h s ize  o f   d is p ar it y   i n   o n d i m en s io n   ca n n o b d ir ec tly   co m p ar ed   to   th e   s ize  o f   an o t h er   d is p ar it y   in   a n o th er   d i m e n s io n   i n   th m u lt i - d i m en s io n al  s p ac e.   Fo r   in s t an ce ,   u s in g   s e n s o r y   ( in p u t)   er r o r   as  an   ex a m p le,   er r o r s   m a y   e x is i n   b o th   t h v is u al  d i m e n s io n   ( in   v is io n )   an d   th au d ito r y   d i m en s io n   ( in   h ea r i n g ) .   T h er e f o r e,   co m p ar in g   t h s ize  o f   t h v i s u al   ( li g h t)   s i g n a w it h   th e   s ize  o f   t h a u d ito r y   ( s o u n d )   s ig n al  i s   m ea n in g le s s   b ec au s lig h an d   s o u n d   s i g n a ls   ar co m p letel y   d i f f er en f r o m   e ac h   o th er   in   t h e   p h y s ical  d i m e n s io n .   I n   o th er   w o r d s ,   th b r ig h t n ess   o f   l ig h t   ca n n o b co m p ar ed   to   th lo u d n es s   o f   s o u n d .   T h u s ,   it i s   n o t p o s s ib le  to   p r io r itize  w h eth er   to   ad d r ess   th e   v i s u al  d i s p ar it y   o r   t h a u d ito r y   d is p ar it y   f ir s t   b ased   o n   th s ize  o f   th er r o r   s ig n al  i ts elf .   I n   b io lo g ical  a u to n o m o u s   s y s t e m s ,   th p r io r itizatio n   o f   w h i ch   er r o r   co n d itio n s   to   b ad d r ess ed   f ir s is   also   s i m ilar   is s u as  i n   au to n o m o u s   r o b o ts .   Mo s o f te n ,   th e m o tio n al  f ee d b ac k   s i g n i f ies  to   t h an i m a l   th at  s o m et h i n g   i s   w r o n g ,   y et   th er m a y   b m u ltip le  er r o r   c o n d itio n s   th a ca ll   t h atte n tio n   f o r   t h a n i m al  to   ad d r ess .   T h u s ,   t h p r o b lem   o f   p r io r itizin g   t h s e v er it y   o f   th er r o r   is   an   i m p o r ta n i s s u to   ad d r ess   in   au to n o m o u s   co r r ec tio n   o f   er r o r s .   T h at  is ,   if   t h a u to n o m o u s   s y s te m   s p en d s   to o   m u c h   t i m i n   ad d r ess in g   m i n o r   p r o b lem s   to   s o lv e   in s t ea d   o f   co r r ec tin g   t h m aj o r   er r o r s   o f   th e   s y s te m ,   th e n   it  c o u ld   b s t u c k   i n   t h e   u n r e s o lv ed   s tate.   F u r t h er m o r e ,   it  ca n   o v er w h el m   th e   s y s te m   i f   ev er y   m i n o r   er r o r   is   tr ea ted   eq u all y   b ec au s e   m i n o r   er r o r s   alw a y s   e x i s t in   t h r ea w o r ld ; n o   s y s te m   is   i m m u n to   er r o r s .   T h is   is   s i m ilar   to   t h tr ia g s y s te m   i n   e m er g e n c y   ca r at   m o s t   h o s p ital s   e m er g e n c y   r o o m   ca r s y s te m .   T h p r io r itizatio n   u s in g   tr ia g s y s te m   w ill  a llo w   th m o s u r g en e m er g e n c y   co n d itio n s   to   b e   tr ea ted   f ir s t   b ef o r t h le s s   u r g en t   ca r i s   p er f o r m ed .   T h i s   i n cr ea s es   t h s u r v iv al   o f   t h p atien t s   b ein g   ca r ed   f o r .   B y   th s a m to k e n ,   w h e n   t h p r in cip le  o f   tr iag s y s te m   is   u s ed   i n   a u to n o m o u s   r ec o v er y   o f   er r o r ,   it  co u ld   in cr ea s t h p r o b ab ilit y   o f   s u r v i v al  o f   t h s y s te m   b y   p r io r itizin g   t h m o s u r g e n er r o r   co n d itio n s   to   b e   ad d r ess ed   f ir s t b ef o r co r r ec tin g   t h m in o r   er r o r   co n d itio n s .     4 . 2 .   P rio rit iza t io n by   Unex pect ed  Cha ng es   I f   it  is   n o p o s s ib le  to   p r io r it ize  b ased   o n   th in te n s it y   o f   th er r o r   co n d itio n   d u to   th d if f er en t   p h y s ical  d i m en s io n s ,   an o t h er   m et h o d o lo g y   i s   to   u s t h u n ex p ec ted   ch a n g e   as  o n o f   th cr iter ia  to   s i g n if y   u r g e n c y   to   ad d r ess   th er r o r .   T h at  is ,   r ath er   th a n   co m p ar i n g   th ab s o lu te  m a g n it u d o f   er r o r ,   u s th r elati v e   er r o r   as  m ea s u r f o r   co m p ar is o n .   I n   o t h er   w o r d s ,   b y   u s in g   t h r elati v er r o r   as  m e tr ic  id en ti f y in g   t h e   s ev er it y   o f   er r o r ,   it  is   c o m p a r in g   t h s a m p h y s ical  d i m e n s io n   b ased   o n   h o w   th er r o r   h as  p r o g r ess ed     w h et h er   th er r o r   h as in cr ea s e d   o r   d ec r ea s ed .   I f   t h er r o r   h as  d ec r ea s ed   b as ed   o n   th d is p ar it y   v ec to r ,       v ( t ) ,   th en   t h er is   les s   u r g e n c y   to   ad d r ess   th er r o r .   Ho w ev er ,   i f   th er r o r   h as  in cr ea s ed ,   th e n   th p r io r it y   s h o u ld   b p lace d   h ig h er   in   t h u r g e n c y   l is f o r   ad d r ess in g .   T h u s ,   th r ate   o f   c h an g o f   er r o r   w o u ld   b an   ap p r o p r iate  m ea s u r to   b u s ed   as o n o f   t h cr iter ia   f o r   p r io r itizin g   t h u r g en c y   to   ad d r ess   th er r o r   co n d itio n s .   Usi n g   th is   p r io r itizatio n   p r in cip le,   th u n e x p ec ted   ch an g in   er r o r   c o n d itio n s   ca n   b q u an ti f ied   b y   th r ate   o f   c h a n g e   o f   t h d is p a r it y   v ec to r ,       v ( t ) ,   w h ic h   i s   g i v en   b y   t h ti m d er iv at iv e   o f   th e   d i s p ar it y   v ec to r ,       v ( t ) t .   I f   t h r ate  o f   c h an g o f   t h d is p ar it y   v ec to r   is   p o s it iv e   (     v ( t ) t > 0 ) ,   it  in d icate s   t h at  th er r o r   h as i n cr ea s ed :       v ( t ) t > 0   Þ   E r r o r   h a s  i nc re a s e d             ( 3 )   Usi n g   th i s   m ea s u r a s   o n e   o f   th cr iter ia  f o r   p r io r itizin g ,   t h en   t h is   w o u ld   in d icate   u r g en c y   i n   ad d r ess i n g   t h e   er r o r   c o n d itio n .   I n   b io lo g ical  a u to n o m o u s   s y s t e m s ,   th i s   u r g e n c y   to   ad d r ess   t h er r o r   co n d itio n   is   o f te n   i n d icate d   b y   th u n h ap p y   e m o tio n ,   w h ic h   s ig n i f ies  s o m et h i n g   h as  g o n w r o n g   [ 1 4 ] .   T h u s ,   th o p ti m i za tio n   g o al  f o r   t h an i m al  is   to   in cr ea s th h ap p in es s   lev el  w h ile  d ec r ea s in g   th u n h ap p in e s s   le v el,   in   o r d er   to   r e d u ce   th s elf - d is co v er ed   er r o r   co n d itio n .   T h is   is   an   au to n o m ic  r esp o n s in   an i m al s ,   w h ic h   is   b u ilt - in   m ec h an i s m   ( i n - b o r n   tr ait)   f o r   a n i m als   to   r esp o n s au to m at icall y   to   d i s tr ess   s i g n als.   Si n ce   th e   s u r v iv al   o f   an   an i m al  i s   o f   u t m o s t   i m p o r tan ce   f o r   an   an i m al,   t h is   p r in cip le  o f   s elf - p r eser v a ti o n   h as  b ee n   ev o l v ed   as  h ar d w ir ed   f ee d b ac k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       S elf - C o r r ec tive  A u to n o mo u s   S ystems   u s in g   Op timiz a tio n   P r o ce s s es fo r   Dete ctio n   and   ...   ( N ico la d ie  Ta m )   269   s y s te m   i n   th a u to n o m ic  n er v o u s   s y s te m   in   m o s h ig h er - an i m als.   B ec au s th au to n o m ic  n er v o u s   s y s te m   h a s   b ee n   ev o lv ed   as  a n   au to m atic  s elf - p r eser v at io n   s u r v i v al  f ee d b ac k   s y s te m ,   m o s a n i m als  ar e   n o ev en   a w ar o f   s u c h   a u to n o m ic  r esp o n s co n s cio u s l y .   R at h er ,   th e y   r esp o n d   au to m at icall y   as  a n   a u to n o m ic  r e f le x   w it h o u t   r ea ch in g   th co n s cio u s n ess   le v el,   b ec au s it  i s   s o   ess e n tial  t o   s u r v i v al  t h at  r ap id   r esp o n s is   n ee d ed   w it h o u t   r eq u ir in g   t h co m p le x it y   o f   t h p r o ce s s in g   i n   h ig h er - co g n iti o n .     4 . 3 .   Crit er io n f o I nd ica t ing   Co rr ec t iv Act io ns   a re   E f f ec t iv in Re du ci ng   E rr o rs   C o n v er s el y ,   i f   th r ate  o f   ch an g o f   th d is p ar it y   v ec to r   is   n e g ati v (     v ( t ) t < 0 ) ,   it  in d icate s   th at   th er r o r   h as d ec r ea s ed :           v ( t ) t < 0   Þ   E r r o r   h a s   d e c re a s e d           ( 4 )     T h is   in d icate s   t h at  t h co r r ec tiv ac tio n s   ar e f f ec ti v i n   r ed u cin g   t h er r o r .   T h er ef o r e,   it  ca n   co n tin u t h co r r ec tiv ac t io n s   u n til t h er r o r   r ea ch es a   m i n i m u m .   T h is   w o u ld   al s o   in d icat lo w er   p r io r it y   i n   th u r g e n c y   lis co m p ar ed   to   th s u d d en l y   d is co v er ed   er r o r s   (     2 v ( t ) t 2 > 0 ,   s ee   s ec tio n   b elo w ) ,   w h ic h   s h o u ld   b h ig h er   in   t h p r io r ity   lis t.   I n   b io lo g ical  a u to n o m o u s   s y s t e m s ,   a   r ed u ctio n   o f   er r o r   co n d itio n   i s   o f ten   i n d icate d   b y   a   r elief   in   th e   u n h ap p y   e m o t io n ,   w h ich   s er v es  as  an   e m o t io n al  f ee d b ac k   t o   th an i m al  to   r elax   an d   n o w o r r y   s o   m u c h   ab o u th er r o r   c o n d itio n   b ec au s th i n g s   ar s tar tin g   to   g o   in   th r ig h d ir ec tio n .   T h is   also   r ed u ce s   th d is tr ess   s i g n al   e m o tio n all y   to   t h an i m a l,  s o   th at  it  d o es  n o n ee d   to   p a y   a s   m u c h   atte n tio n   to   t h er r o r   co n d itio n   as  i w as   b ef o r e.   T h is   o f ten   o f f lo ad s   t h u r g e n c y   in   th e   p r io r it y   lis t,  s o   th at  at ten t io n   ca n   b p aid   to   o th er   m o r u r g en t   an d   s ev er er r o r   co n d itio n   th a n   th o n t h at  i s   s tar ti n g   to   s h o w   r elie f .       5.   CRIT E R I F O DE T E C T I NG   E F F E C T I V E   O I N E F F E CT I VE   CO RREC T I VE   S T RA T E G Y   On ce   t h er r o r   co n d itio n s   h a v b ee n   d etec ted   an d   p r io r itized ,   th en   t h er r o r   co r r ec tio n   p h ase  is   d ep lo y ed   to   co r r ec th en co u n ter ed   er r o r .   T h s y s te m   n e ed s   to   h av s o m f o r m   o f   f e ed b ac k   to   in d icate   w h et h er   th co r r ec tiv ac t io n s   ar p r o ce ed in g   to   m in i m ize  th er r o r s .   Sin ce   i n   d e p lo y i n g   b est - g u es s   alg o r ith m s   o r   ex h au s ti v s ea r c h   s tr ate g ies  i n   s el f - co r r ec tio n ,   th er is   n o   g u a r an tee  th at  s u c h   co r r ec tiv ac tio n s   ar ef f ec ti v e.   T h er ef o r e,   it   is   i m p o r tan t   to   h av e   s o m cr iter ia  f o r   d etec ti n g   w h et h er   t h d ep lo y ed   co r r ec tiv e   ac tio n s   ar ef f ec ti v o r   n o t.   I n   o r d er   to   q u an ti f y   t h e f f ec t i v en e s s   o f   t h co r r ec tiv ac tio n s ,   s o m cr iter ia  ar n ee d ed   to   s ig n i f y   to   th s y s te m   w h et h er   to   co n tin u th p r ev io u s   co r r ec tiv ac tio n   o r   to   ch an g to   s o m o th er   alter n ate  co r r ec tiv e   ac tio n s .   O n o f   th cr i ter ia  f o r   d etec tin g   t h ef f ec ti v e n es s   o f   th co r r ec tiv ac tio n s   is   t h r a te  o f   ch a n g o f   th e   d is p a r it y   v ec to r   (     v ( t ) t )   b ec au s it  r ep r esen ts   w h et h er   th er r o r   ( d is p ar it y )   is   in cr ea s i n g ,   d ec r e asin g   o r   co n s ta n t ( n o   ch a n g e) .     5 . 1 .   Crit er io n f o a   Cha ng o f   C o rr ec t iv Str a t e g y   is   Nee ded   I f   th r ate  o f   c h an g o f   t h d is p ar ity   v ec to r   is   ze r o   (     v ( t ) t = 0 ) ,   th en   th er is   n o   ch an g i n   er r o r :         v ( t ) t = 0   Þ   N o   c ha nge  i n   e r r o r           ( 5 )   T h er ef o r e,   if   t h co r r ec tiv ac tio n s   d id   n o m ak e   an y   c h an g es  to   t h er r o r   co n d itio n ,   t h en   it  s u g g es ts   th at  t h co r r ec tiv ac tio n s   ar in ef f ec ti v e.   T h u s ,   it  m a y   n ee d   to   d ep l o y   o th er   co r r ec tiv s tr ateg ies  to   co r r ec t   s u c h   an   er r o r .   So   ze r o   in   th d is p ar it y   v ec t o r   (     v ( t ) t = 0 )   ca n   b u s ed   as  th cr iter i o n   ( m etr ic)   th at  in d icate s   th co r r ec tiv e   s tr ateg y   i s   i n e f f ec ti v e.   T h is   s h o u ld   s e n d   f e ed b ac k   s i g n a to   th e   s y s te m   t h at  a   ch a n g to   an   alter n ate  co r r ec tiv ac tio n   i s   n ee d ed   in   o r d er   to   s ea r ch   f o r   s o m o th er   m o r e f f ec t iv co r r ec tiv ac tio n s .     5 . 2 .   Crit er ia   f o Cha ng ing   t he  Di re ct io n o f   E rr o Co rr ec t i o n   I f   th co r r ec tiv ac tio n s   ar p r o ce ed in g   i n   t h co r r ec d ir ec t io n ,   th er r o r s   s h o u ld   r ed u ce .   Ho w e v er ,   if   t h co r r ec tiv ac t io n s   w er in cr ea s i n g   t h er r o r s ,   th e n   ch an g o f   d ir ec tio n   w o u ld   b n ee d ed   f o r   th e   co r r ec tiv ac tio n s .   T h u s ,   t h r ate  o f   c h a n g e   o f   th d is p ar it y   v ec to r   (     v ( t ) t )   ca n   al s o   b u s ed   to   in d icate   w h eth er   th co r r ec tiv ef f o r ts   ar s u cc es s f u in   r ed u ci n g   th er r o r .   I n   o th er   w o r d s ,   w h atev er   t h co r r ec tiv ac tio n s   ar e,   th e y   m a y   o r   m a y   n o t   b r ed u cin g   t h er r o r s .   T h u s ,   it  is   i m p o r tan to   d esig n   a n   a u to n o m o u s   s y s te m   t h at  i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4856   IJ RA    Vo l.   5 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6 :   26 2     27 6   270   ca p ab le  o f   id en tify i n g   w h e th er   its   o w n   co r r ec tiv ac tio n s   ar ap p r o p r iate  o r   n o in   m i n i m izi n g   t h er r o r s   w it h o u an y   e x ter n al  cu e s .   I f   th co r r ec tiv ac tio n s   ar m ax i m izi n g   t h er r o r s   in s tead   o f   m i n i m izi n g   t h e   er r o r s ,   th en   s u c h   co r r ec tiv ac tio n s   h av to   b r ev er s ed .   T h er ef o r e,   in   d esi g n i n g   a n   i n t ellig e n s y s te m ,   an   au to n o m o u s   f ee d b ac k   ca n   b b u ild   in to   th s y s te m   s o   as  to   in f o r m   th s y s te m   w h eth er   to   co n tin u t h co r r ec tiv ac tio n s   ( to   m i n i m ize  th er r o r s )   o r   r ev er s th e   d ir ec tio n   o f   th co r r ec tiv ac t i o n s   ( if   t h er r o r s   is   in cr ea s i n g   in s tead   o f   d ec r ea s i n g ) .     5 . 3 .   Crit er ia   f o Rev er s ing   t he  D irec t io n o f   E rr o Co rr ec t io n   T h cr iter ia  f o r   d eter m i n in g   t h d ir ec tio n   o f   co r r ec tiv ac tio n s   ar p r o v id ed   b y   th r ate  o f   ch a n g o f   th d i s p ar it y   v ec to r ,   i.e . ,       v ( t ) t .   T h at  i s ,   i f   th e   r ate  o f   c h an g e   o f   t h e   d is p ar it y   v ec to r   i s   p o s itiv e   (     v ( t ) t > 0 ) ,   th en   th er r o r   h as  in cr ea s ed ,   s o   th co u r s o f   co r r ec tiv ac tio n s   n ee d s   to   b r ev er s ed   in   o r d er   to   m in i m ize  t h er r o r :         v ( t ) t > 0   Þ   Re ve rs e  t he   d i re c t i o n   o f   c o r r e c t i ve  a c t i ons     ( 6 )   T h d ir ec tio n   o f   th e   co u r s e   o f   ac tio n   in   co r r ec tin g   t h er r o r   ca n   b e   r ev er s ed   b y   c h a n g e   in   s ig n   o f   th co r r ec tiv ac tio n   m at h e m a ticall y ,   i.e . ,   m u ltip lied   b y   1.   I n   b io lo g ical  a u to n o m o u s   s y s t e m s ,   t h i n cr ea s i n   t h s ize  o f   er r o r   co n d itio n   is   o f te n   s i g n i f ied   b y   a n   in cr ea s in   t h u n h ap p y   e m o t io n al  i n te n s it y .   T h u n h ap p ier   an   an i m al   f ee ls ,   th e   m o r i s ig n i f ies   i n ter n al l y   th at  s o m et h i n g   is   g o in g   w r o n g   f u r t h er   an d   f u r th er .   T h e m o tio n al  f ee d b ac k   is   tel lin g   t h e   an i m al  i m p licitl y   th at  i is   n o g o i n g   in   th e   r ig h d ir ec tio n   to   r eso l v t h e m o tio n s o m et h i n g   m u s b d o n e   to   co r r ec it  ev e n   th o u g h   it   m a y   b a w ar o f   e x ac tl y   w h at   n ee d s   to   b e   d o n t o   co r r ec th er r o n eo u s   co r r ec tiv ac tio n s .   S u c h   u n h ap p y   ( s ad )   e m o tio n   o f ten   k ee p s   t h a n i m al  f r o m   co n tin u w ith   th p r e v io u s l y   a tte m p te d   s o lu tio n ,   w h ic h   i s   an   atte m p to   r ev er s th d ir ec tio n   o f   t h co r r ec tiv ac tio n s .   I is   o f ten   s t u ck   i n   t h is   s tate  o f   in ac tio n   w h e n   th e   an i m al  is   e x p er ien ci n g   t h s ta t o f   s ad n es s   [ 3 7 ] .     5 . 4 .   Crit er ia   f o K ee pin g   t he  Sa m D irec t io n o f   Co rr ec t iv Act io ns   On   th o t h er   h an d ,   if   t h r ate  o f   ch an g o f   t h d is p ar it y   v ec to r   is   n eg ati v (     v ( t ) t < 0 ) ,   th en   t h e   er r o r   h as  d ec r ea s ed .   T h is   in d icate s   t h at  t h o p ti m izatio n   p r o ce s s   is   p r o ce ed in g   in   th e   c o r r ec d ir ec tio n   to   m i n i m ize  t h er r o r .   T h er ef o r e,   it  ca n   s ta y   t h s a m co u r s e   o f   ac tio n   an d   p r o ce ed   as  u s u a w it h o u c h a n g in g   th d ir ec tio n   o f   t h co r r ec tiv ac tio n :         v ( t ) t < 0   Þ   S t a y   t he  c o u r s e   o f   d i re c t i o n   i n   c o r r e c t i ve  a c t i ons   ( 7 )   T h is   in d icate s   t h at  t h co r r ec tiv ac tio n s   ar ef f ec tiv i n   r ed u cin g   t h er r o r s .     I n   b io lo g ical  au to n o m o u s   s y s te m s ,   th i s   ef f ec ti v co r r ec tiv ac tio n   is   in d icate d   b y   th e   em o tio n al   f ee d b ac k   as  s tate  o f   co n ten o r   s atis f ac tio n   th a th i n g s   a r g o in g   i n   t h r ig h d ir ec tio n .   W h en   a n   an i m a l   ex p er ien ce s   t h f ee li n g   o f   co n ten t,  th er i s   n o   n ee d   to   ch a n g a n y   o f   it s   co u r s e s   o f   ac ti o n .   T h er ef o r e,   th ese   au to n o m o u s   cr iter ia  ar co n s is ten w it h   th p r in cip les  o f   o p er atio n   in   an i m al s   th at  h ad   d is c o v er ed   in   an i m a l’ s   s elf - co r r ec tiv s tr ateg ie s   in   ev o lu tio n ,   ev e n   th o u g h   t h an i m al  m a y   n o b a w ar o f   s u c h   s tr ate g ie co n s cio u s l y .   T h at  is   b ec a u s c o n s cio u s   a w ar en e s s   r eq u ir es  c o g n iti v p r o ce s s i n g   to   e v alu a t th e f f ec ti v en e s s   o f   s u c h   s tr ate g y   u s in g   lo g ical  an al y s is .   O n   t h o th er   h a n d ,   th e m o tio n al  r esp o n s es  i n   t h au to n o m ic  n er v o u s   s y s te m   o f   an i m a ls   o f te n   d o   n o r ea ch   co n s cio u s   a w ar en e s s   d u to   th u r g en c y   i n   t h au to m atic  tr i g g er i n g   o f   th h ar d w ir ed   r esp o n s to   ad d r ess   th er r o r   co n d itio n s   f o r   s u r v i v al.   T h ese  r esp o n s es  ar o f ten   ev o l v ed   as  ap p r o p r iate  r esp o n s es  to   d et ec an d   s elf - co r r ec th er r o r   co n d itio n s .   T h ey   ar e   h ar d w ir ed   as  au to m ati c   r ef lex e s   in   an i m a ls   w it h o u n ee d in g   co n s cio u s   a w ar e n ess .   T h h ar d w ir ed   r esp o n s d ec r ea s es  th r ea ctio n   ti m e,   s o   t h at  t h a n i m al  ca n   a d d r ess   th er r o r   co n d itio n s   a s   f ast  a s   p o s s ib le  f o r   s u r v i v al.   On   t h o th er   h an d ,   i f   it  r ea ch es  co n s cio u s   lev el,   it  w o u ld   r eq u ir m u c h   lo n g er   p r o ce s s in g   ti m to   ass ess   t h s it u atio n .   I co u ld   b e   to o   late  to   r esp o n d   a p p r o p r iate l y   i f   th er r o r   co n d itio n s   ar cr itical  to   th s u r v i v al  o f   t h a n i m al.       6.   CRIT E R I F O DE T E C T I NG   WH E T H E M I NIM O M AXI M H AD  RE ACH ED   Giv e n   t h at  t h d ir ec tio n   o f   th co r r ec tiv ac tio n   h a s   b ee n   i d en tifie d   an d   s elec ted   to   m i n i m ize  th e   er r o r s ,   th en   th e   n e x s tep   i s   to   id en ti f y   w h et h er   th e   m in i m a   o r   th m ax i m a   h ad   r ea c h ed .     On o f   t h cla s s ical   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ RA   I SS N:  2089 - 4856       S elf - C o r r ec tive  A u to n o mo u s   S ystems   u s in g   Op timiz a tio n   P r o ce s s es fo r   Dete ctio n   and   ...   ( N ico la d ie  Ta m )   271   m et h o d s   to   id en ti f y in g   t h m ax i m an d   t h m i n i m a   is   t h u s o f   th s ec o n d   ti m d er iv a tiv o f   th d i s p ar it y   v ec to r ,   i.e . ,       2 v ( t ) t 2 .     I f   m a x i m u m   h as r ea ch ed ,   th en       2 v ( t ) t 2 > 0 ,         2 v ( t ) t 2 > 0   Þ   M a xi m um   h a s   r e a c he d         ( 8 )   Ho w e v er ,   if   m in i m u m   h a s   r ea ch ed ,   th en       2 v ( t ) t 2 < 0 ,         2 v ( t ) t 2 < 0   Þ   M i ni m um   h a s   r e a c he d         ( 9 )   Mo r eo v er ,   if   p o in t o f   in f lecti o n   h as r ea ch ed ,   t h en       2 v ( t ) t 2 = 0 ,         2 v ( t ) t 2 = 0   Þ   A   p o i nt   o f   i n f l e c t i o n   h a s   r e a c he d       ( 10 )   T h er ef o r e,   u s in g   t h ese  cr iter ia ,   th s y s te m   w o u ld   b ab le  to   id en ti f y   w h et h er   th co r r ec tiv ac tio n s   h av b ee n   s u cc e s s f u l to   m i n i m ize  th er r o r .     6 . 1 .   Crit er ia   F o Sto pp ing   Co rr e ct iv Act io ns   T o   P re v ent   O v er - Co rr ec t io n   Mo s i m p o r tan tl y ,   t h s y s te m   h as  to   b ab le  to   s to p   th co r r ec tiv ac tio n s   o n ce   t h er r o r s   h as  b ee n   m i n i m ized .     Oth er w i s e,   t h s y s te m   ca n   o v er - co r r ec th er r o r s ,   m a k i n g   t h s it u atio n   w o r s t h a n   b ef o r e.     T h er ef o r e,   th s y s te m   h as   to   h a v a   b u ild - i n   p r o ce s s   th a t   in d icate s   w h et h er   co r r ec tiv e   ac tio n s   n ee d   to   b e   s to p p ed   if   th er r o r s   h ad   r ea ch ed   m i n i m u m .   O n o f   t h cr iter ia  to   s to p   its   o w n   co r r ec tiv ac tio n   i s   w h en   th o p ti m izatio n   p r o ce s s   h as  r ea ch ed   it s   m i n i m u m   in   er r o r   r ed u ctio n .     T h er ef o r e,   th e   ―sto p ‖  s i g n al  f o r   th e   s y s te m   to   s elf - co r r ec its el f   i s   t h m etr i c   in d icate d   b y       2 v ( t ) t 2 < 0 ,   w h ic h   r ep r esen ts   m i n i m u m   h as  r ea ch ed   ( s o   th at  it  w o u ld   n o o v er - co r r ec th er r o r s ) .   T h er ef o r e,   th cr iter io n   ( m e tr ic)   f o r   d eter m i n i n g   th a a   m i n i m u m   h a s   r ea c h ed   is   g iv e n   b y       2 v ( t ) t 2 < 0 ,   i.e . ,         2 v ( t ) t 2 < 0   Þ   E r r o r   m i ni m um   h a s   r e a c he d         ( 11 )   so   th at   t h s y s te m   ca n   s to p   th co r r ec tiv e   ac tio n s .     Oth er w i s e,   it  co u ld   o v er - co r r ec it,  r es u lti n g   i n   u n n ec es s ar y   er r o r   co n d itio n s .     T h u s ,   it  i s   i m p o r tan t   to   d etec s u ch   s tate   w h e n   it  r ea c h es   th er r o r   m in i m u m   to   p r ev en t o v er - co r r ec tio n ,   w h ich   ca n   r es u lt  i n   p r o d u cin g   o s c illato r y   co r r ec tiv ac tio n s .   I n   b io lo g ical  au to n o m o u s   s y s t e m s ,   w h en   t h an i m al  d etec ts   th er r o r   h ad   r ea ch ed   m i n i m u m ,   it  is   s ig n i f ied   b y   th s tate  o f   co n t en ( h ap p in e s s )   s o   th at  it  w o u ld   s to p   w o r r y i n g   ab o u a n y   er r o r s   th at  it  h ad   co r r ec te d .     T h u s ,   it  s er v e s   as  s ig n al  to   tell  th an i m al  s to p   f ix i n g   w h en   it  h as  r eso l v ed   its   u n h ap p y   e m o tio n s .     T h u s ,   th s tate  o f   co n te n f e elin g   o f te n   r elax es  t h an i m a s o   th an i m al  w o u ld   s to p   tr y in g   to   m ak a n y   co r r ec tiv ac tio n ,   b ec au s t h er is   n o th in g   e ls to   f ix ,   a n d   s ta r t to   en j o y   lif a s   it is .     6 . 2 .   Da m pin g   o f   O s cilla t o ry   O v e r - Co rr ec t iv a nd   Under - Co rr ec t iv Act io ns   Oscill ato r y   b e h av io r s   co u ld   ex h ib it   if   co r r ec tiv ac tio n s   ar n o s to p p ed   as  s o o n   as   th er r o r   m i n i m u m   h as  b ee n   r ea ch ed .     W h en   co r r ec tiv ac t io n s   co n ti n u e s   af ter   t h er r o r   m i n i m u m   h as  r ea ch ed ,   th e n   i t   w il o v er - co r r ec t,  an d   th e n   u n d er - co r r ec s u b s eq u e n tl y   w h e n   it  d etec ts   er r o r   s tar ts   to   in cr ea s ag ai n   af ter   t h e   m i n i m u m   h as  r ea ch ed .     T h u s ,   if   t h er r o r   m i n i m u m   i s   n o d etec ted   s o o n   en o u g h ,   it  w i l p r o d u ce   th class ical   o v er - co r r ec t a n d   u n d er - co r r ec t o s cillato r y   b eh av io r   in   f ee d b a ck   co n tr o l.   Fu r t h er m o r e,   ti m d ela y s   al wa y s   ex is i n   f ee d b ac k   s y s te m   s u ch   t h at  t h s i g n al  ( m etr ic )   in d icatin g   th at  t h m i n i m izatio n   o f   er r o r s   h a s   r ea ch ed   m a y   co m to o   l a te  ( d u to   ti m d ela y s ) ,   s o m e   o v er - co r r ec tio n s   o f   er r o r   m a y   b in e v itab le.     T h er ef o r e,   in   o r d er   t o   r eso lv th o s cillato r y   co r r ec tiv ac tio n s ,   d am p i n g   m a y   b e   n ee d ed   in   th co r r ec tiv d i f f er en tial e q u at io n s   to   r ed u ce   t h o s cillato r y   co r r ec tio n s :           m 2 v ( t ) t 2 + b v ( t ) t + k v ( t ) = 0 , w i t m > 0 , b ³ 0  a nd  k > 0     ( 12 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.