I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  A p r il   20 25 ,   p p .   2 1 8 1 ~ 2 1 9 1   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 2 . pp 2 1 8 1 - 2 1 9 1           2181       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   M a rko v  proces ses  in  Ba y esia n net wo rk com putatio n       Ass em   Sh a y a k hm et o v a 1 ,   Nu rbo la t   T a s bo la t uly 2, 3 ,   Arda k   Ak hm et o v a 1 ,   Ass el  Abdi lda y ev a 1 ,    M a ra t   Sh ureno v 4 ,   Ana r  Su lt a ng a ziy ev a 1   1 D e p a r t me n t   o f   A r t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   B i g   D a t a   A l - F a r a b i   K a z a k h   N a t i o n a l   U n i v e r si t y ,   A l mat y ,   R e p u b l i c   o f   K a z a k h s t a n     2 H i g h e r   S c h o o l   o f   I n f o r m a t i o n   T e c h n o l o g y   a n d   En g i n e e r i n g ,   A s t a n a   I n t e r n a t i o n a l   U n i v e r si t y ,   A st a n a ,   R e p u b l i c   o f   K a z a k h st a n   3 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   En g i n e e r i n g ,   A s t a n a   I T  U n i v e r si t y ,   A s t a n a ,   R e p u b l i c   o f   K a z a k h st a n     4 D e p a r t me n t   “ I T  a n d   S e r v i c e ” ,  “ Q ”   U n i v e r s i t y ,   A l ma t y ,   R e p u b l i c   o f   K a z a k h st a n       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   2 2 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct  2 6 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   No v   2 0 ,   2 0 2 4       Th e   a rti c le  e x a m in e s   th e   in fl u e n c e   o f  M a rk o v   p r o c e ss e s  o n   c o m p u tatio n s   in   Ba y e sia n   n e two r k s  (BN) ,   a n   imp o rtan t   a re a   o f   re se a rc h   with i n   p r o b a b i li stic   g ra p h ica l  m o d e ls.  Th e   c o n c e p t  o f  Ba y e sia n   M a rk o v   n e two r k s  ( BM N)  is  in tro d u c e d ,   a n   e x te n sio n   o f   trad it io n a l   Ba y e sia n   n e two r k s  wit h   th e   a d d it io n   o f  a   M a rk o v   c o n stra in t,   a c c o rd i n g   t o   wh ich   t h e   p r o b a b i li ty   in   a   n o d e   c a n   o n l y   d e p e n d   o n   th e   sta te  o f  n e i g h b o ri n g   n o d e s.  T h is  c o n stra i n t  m a k e s  th e   m o d e l  m o re   re a li stic  fo r  m a n y   p r a c ti c a l  tas k s,  a s  m o st  g ra p h ica l  m o d e ls  th a t   re flec t  r eal - wo rld   p ro c e ss e s  p o ss e ss   th e   M a rk o v   p r o p e rt y .   Th e   a rti c le  a lso   d isc u ss e s  th a t  Ba y e sia n   n e two r k s,  i n   t h e   a b se n c e   o f  e v id e n c e ,   a c tu a ll y   e x h ib it   t h e   M a rk o v   p r o p e rt y .   Ho we v e r,   w h e n   e v id e n c e   ( a d d it i o n a l   in fo rm a ti o n )  is  in tro d u c e d   in t o   t h e   m o d e l,   c h a ll e n g e s  a rise   t h a t  re q u ire  m o re   c o m p lex   c o m p u tati o n a l  m e th o d s.  In   re sp o n se ,   th e   a rti c le   p ro p o se s  a lg o rit h m s  a d a p te d   f o r  w o rk i n g   with   Ba y e sia n   M a rk o v   n e two r k s  i n   t h e   p re se n c e   o f  e v id e n c e .   Th e se   a lg o rit h m s  a re   a ime d   a t  o p ti m izi n g   c o m p u tati o n s  a n d   re d u c in g   c o m p u tatio n a l  c o m p lex i ty .   Ad d it i o n a ll y ,   a   c o m p a ra ti v e   a n a ly sis  o f  c a lcu lati o n s  in   Ba y e sia n   n e two rk s  wit h o u t  M a rk o v   c o n stra in ts  a n d   wit h   th e m   is  c o n d u c te d ,   h ig h li g h ti n g   t h e   a d v a n t a g e s  a n d   d isa d v a n tag e s  o f  e a c h   a p p ro a c h .   S p e c ial  a tt e n ti o n   is  p a i d   to   t h e   p ra c ti c a l  a p p li c a ti o n s  o f  t h e   p ro p o se d   m e th o d s   a n d   t h e ir  e ffe c ti v e n e ss   i n   v a rio u s   sc e n a rio s.   K ey w o r d s :   B ay esian   n etwo r k   Ma r k o v   n etwo r k   Ma r k o v   r an d o m   f ield   Ma r k o v   p r o p er ties   Gr ap h ical  m o d el   E v id en ce   B elief   p r o p ag atio n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Nu r b o lat  T asb o latu ly     Hig h er   Sch o o l  o f   I n f o r m atio n   T ec h n o lo g y   an d   E n g in ee r in g ,   Ast an a  I n ter n atio n al  Un iv e r s ity   0 1 0 0 0 0   Ast an a,   R ep u b lic  o f   K az ak h s tan     E m ail: ta s b o latu ly @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   th e  th eo r y   o f   B ay esian   n etwo r k s   [ 1 ] – [ 3 ] ,   th e  id ea s   o f   M ar k o v   [ 4 ] – [ 6 ]   p lay   a  k e y   r o le,   esp ec ially   in   d ev elo p in g   ef f icien t  alg o r it h m s   f o r   d ata  p r o ce s s in g   u n d e r   u n ce r tain ty .   Ma r k o v   p r o ce s s es  ar e  o f   p ar ticu lar   in ter est  to   r esear ch er s   f o r   s ev er al  r ea s o n s .   First,  th ey   a r e   in tu itiv ely   u n d er s tan d ab le   a n d   n atu r al  f o r   m an y   ap p lied   task s ,   m ak in g   th em   at tr ac tiv e  f o r   v ar io u s   f ield s .   Se co n d ,   in co r p o r ati n g   Ma r k o v   i d ea s   in to   B ay esian   n etwo r k s   ( B Ns)  [ 7 ] – [ 9 ]   ca n   s ig n if ican tly   s im p lify   c o m p u tatio n al  alg o r ith m s ,   th e r eb y   s p ee d in g   u p   th e   p r o b a b ilit y   ca lcu latio n   p r o ce s s   an d   ex p an d in g   th e   p o s s ib ilit ies  o f   wo r k in g   with   lar g e r   n etwo r k s .   Fin ally ,   Ma r k o v   p r o ce s s es  ar e  well - s tu d ied   with in   th e   f r am ewo r k   o f   Ma r k o v   ch ain   th eo r y   [ 1 0 ] – [ 1 2 ] ,   wh ich   allo ws  f o r   ad ap tin g   ex is tin g   d ev elo p m e n ts   to   wo r k   with   B ay esian   n etwo r k s .   I n tellig en t  d ec is io n   s u p p o r t  s y s tem s     [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] ,   esp ec ially   in   v ar io u s   ty p es  o f   u n ce r tain ties ,   ar e  o f ten   d escr ib ed   u s in g   B ay esian   n etwo r k s .   On e  o f   th e  m ain   c h allen g es  in   wo r k i n g   with   B Ns  is   th e  n ee d   to   p er f o r m   ca lcu latio n s   co n s id er i n g   th e   p r esen ce   o f   ev id en ce - in f o r m atio n   th at   ca n   alter   th e   p r o b ab ilit y   d is tr ib u t io n   in   th e   n etwo r k .   Stan d a r d   m eth o d s ,   s u ch   as  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   2 1 8 1 - 2 1 9 1   2182   alg o r ith m s   b ased   o n   j u n ctio n   tr ee s   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] ,   r e q u ir e   co m p lex   c o m p u tatio n al  p r o ce d u r e s .   T h e  m o s t  well - k n o wn   m eth o d   f o r   ex ac t  in f e r en ce   in   B Ns  i s   th e  p r o b ab ilit y   p r o p ag atio n   m eth o d   [ 1 7 ] – [ 1 9 ]   in   clu s ter   tr ee s   ( PP T C ) ,   p r o p o s ed   b y   L au r itzen   [ 2 0 ]   an d   r ef in e d   b y   J en s en .   T h is   m eth o d   tr an s f o r m s   th e  b elief   n etwo r k   in to   a   m o r e  co m p u tatio n - f r ien d ly   s tr u ctu r e;  h o we v er ,   its   ap p licatio n   ca n   b e   tim e - co n s u m i n g   an d   s lo w.   Sh ay ak h m eto v a  et   a l.   [ 2 1 ]   d i s cu s s es  cr itical  is s u es  r elate d   to   u s in g   B ay esian   n etwo r k s   f o r   s o lv in g   p r ac tical  p r o b lem s   in   wh ich   g r ap h ical  m o d els  co n tain   d ir ec ted   cy cles.  T h e  s tr ict  r eq u ir em en t   f o r   th e   ac y clicity   o f   th e  d ir ec ted   g r ap h   r ep r esen tin g   a   B ay esian   n et wo r k   d o es  n o t  allo w  f o r   th e  e f f ec tiv e  s o lu tio n   o f   m o s t  task s   th at  in v o lv e  d ir ec te d   cy cles.  Mo d er n   B ay esian   n etwo r k   th eo r y   p r o h ib its   th e  u s e   o f   d ir ec ted   c y cles.  T h e  r eq u i r em en t  f o r   g r ap h   ac y clicity   ca n   s ig n if ican tly   s im p lify   th e  g en e r al  th eo r y   o f   B ay esian   n etwo r k s   an d   s im p lify   th e  d ev el o p m e n t  o f   alg o r ith m s   an d   th eir   im p le m en tatio n   in   c o d e  f o r   c o m p u tatio n s   in   B ay esian   n etwo r k s .   Ak h m eto v a  et  a l.   [ 2 2 ]   ex am in es  th e  u r g en t  p r o b lem   o f   m ax im izin g   h u m an   s u r v iv al  d u r i n g   a  f ir e   an d   th eir   im m ed iate  ev ac u at io n .   Var io u s   m eth o d s   ar e  b ein g   p r o p o s ed   wo r ld wid e,   i n clu d in g   in tellig en t   d ev ices  an d   wir eless   s y s tem s ,   co n ce r n in g   t h is   is s u e.   T h e  m ain   g o al   is   to   ef f icien tly   u ti lize  tim e,   r eg u lar l y   in f o r m   p eo p le,   an d   g u id e  t h e m   o u t   o f   d an g er   z o n es,  th e r e b y   r e d u cin g   th e   n u m b er   o f   c a s u alties.  T h e  ar ticle   also   d escr ib es  th e  co n ce p t   o f   an   em er g en cy   an d   its   ca u s es.  Mo d er n   m eth o d s   o f   d et ec tin g   p eo p le  an d   n av ig atio n   d u r in g   a  f ir e,   as  w ell  as  th e  u s e  o f   wir eless   eq u i p m en t  an d   i n tellig en t  alg o r ith m s ,   ar e  d is cu s s ed   in   d etail.   T h e  s y s tem ’ s   ar c h itectu r e,   g o als,  o b jectiv es,  an d   s o lu tio n s   ar e  p r esen ted .   E x am p l es  ar e  p r o v id ed   to   ex p lain   th e   im p o r tan ce   an d   u s ef u ln ess   o f   th is   r esear ch   f o r   p eo p le.   T h e  ar ticle  i n clu d es  in f o r m atio n   o n   th e   u s e  o f   s en s o r s ,   with   tab les  illu s tr atin g   th eir   ap p licatio n ,   in ter c o n n ec tio n s ,   a n d   wir eless   co m m u n icatio n   with   t h e   ce n tr al  s er v er .   As  a  r esu lt,  a  s y s tem   was  d ev elo p ed   th at  o p e r ates  b ased   o n   elec tr o n ic  in d i ca to r s   s h o win g   th e   d ir ec tio n   to   a  s af e  p lace   in   th e  ev en t  o f   an   em er g en cy ,   wh ich   r ec eiv es  s ig n als  f r o m   th e  ce n tr al  s er v er .   Alim h an   et  a l.   [ 2 3 ]   ad d r ess es  th e  p r o b lem   o f   g lo b al  p r a ctica l  o u tp u t  tr ac k in g   f o r   a  class   o f   h ig h - o r d er   n o n lin ea r   s y s tem s   with   tim e  d elay s   ( u s in g   s tate  f ee d b ac k ) .   Un d er   m o d er ate  g r o wth   co n d itio n s   o f   s y s tem   n o n lin ea r ities ,   in clu d i n g   tim e   d elay s ,   a  s tate  f ee d b ac k   r eg u lato r   d esig n   with   a n   ad ju s ta b le  s ca lin g   f ac to r   is   p r o p o s ed .   Usi n g   th e   L y ap u n o v - Kr aso v s k ii  f u n ctio n al,   th is   s ca lin g   f ac to r   is   ad ju s ted   t o   d o m in ate  th e   tim e - d elay   n o n lin ea r ities ,   b o u n d e d   b y   g r o wth   c o n d itio n s ,   an d   to   m ak e  th e  tr ac k in g   er r o r   ar b itra r ily   s m all  wh ile  all  s tates  o f   th e  clo s ed - lo o p   s y s tem   r em ain   b o u n d e d .   A  s im u latio n   ex am p le  is   p r o v id ed   to   illu s tr ate  th e   ef f ec tiv en ess   o f   th e  p r o p o s ed   t r ac k in g   r eg u lato r .   Alim h an   et  a l.   [ 2 4 ]   d is cu s s es t h e  p r o b lem   o f   g lo b al  p r ac tical   o u tp u t tr ac k in g   u s in g   s tate  f ee d b ac k   f o r   a  class   o f   u n ce r tain   n o n lin ea r   s y s tem s   with   tim e  d ela y s .   Un d er   m o d er ate  c o n d iti o n s   o n   th e   s y s tem   n o n lin ea r ities ,   in clu d i n g   tim e   d elay s ,   a  h o m o g e n eo u s   s tate  f ee d b ac k   r eg u lat o r   d esig n   with   an   ad ju s tab le   s ca lin g   f ac to r   is   p r o p o s ed .   T h r o u g h   th e  h o m o g en eo u s   L y ap u n o v - Kr aso v s k ii  f u n ctio n al  m eth o d ,   th is   s ca lin g   f ac to r   is   a d ju s ted   to   d o m in at e  th e  tim e - d elay   n o n lin ea r ities ,   b o u n d ed   b y   h o m o g en eo u s   g r o wth   c o n d itio n s ,   an d   to   m a k e  th e  tr ac k in g   e r r o r   ar b itra r ily   s m all  wh ile  all  s tates  o f   th e  clo s ed - lo o p   s y s tem   r em ain   b o u n d ed .   Alim h an   et  a l.   [ 2 5 ]   ex p lo r es  th e  p r o b lem   o f   g l o b al  p r ac tica l  o u tp u t  tr ac k in g   u s in g   s tate  f ee d b ac k   f o r   a  class   o f   u n ce r tain   h i g h - o r d er   n o n lin ea r   s y s tem s   with   tim e  d elay s .   A  h o m o g en eo u s   s tate  f ee d b ac k   r eg u lato r   with   a n   ad ju s tab le  s ca lin g   f ac to r   is   th en   d ev elo p ed   u n d er   m o d er ate  c o n d itio n s   o n   t h e  s y s tem   n o n li n ea r ities ,   in clu d in g   tim e  d elay s .   T h r o u g h   th e  h o m o g e n eo u s   L y ap u n o v - Kr aso v s k ii  f u n ctio n al  m eth o d ,   th is   s ca l in g   f ac to r   is   ad ju s ted   to   d o m in ate  th e  tim e - d elay   n o n lin ea r ities ,   b o u n d ed   b y   h o m o g en e o u s   g r o wth   co n d itio n s ,   an d   to   m ak e   th e  tr ac k in g   e r r o r   ar b itra r il y   s m all  wh ile  all  s tates o f   th e  clo s ed - lo o p   s y s tem   r em ain   b o u n d ed .   T o   ad d r ess   th is   p r o b lem ,   Ma r k o v   p r o ce s s es  n ee d   m o r e  ef f icien t  u s e,   wh ich   allo ws  f o r   s i m p ler   an d   f aster   alg o r ith m s .   T h e  m ai n   id ea   is   th at  th e  p r o b a b ilit y   in   a  n o d e  d e p en d s   o n ly   o n   th e  s tate  o f   n eig h b o r in g   n o d es  ( p ar en ts   an d   ch ild r en ) ,   wh ich   is   a  le s s   s tr in g en t  r eq u i r em en t  th an   th e  co n ce p t  o f   th e  Ma r k o v   b lan k et.   T h is   s im p lific atio n   ca n   s ig n if ican tly   s p ee d   u p   co m p u tatio n s ,   av o id in g   th e  c o m p lex ities   o f   b u ild in g   ju n ctio n   tr ee s .   T h is   wo r k   p r o p o s es  a  n ew  ap p r o ac h   th at  d iv id es  th e  v er tices  o f   a   B ay esian   n et wo r k   in t o   lev els  to   s im p lify   ca lcu latio n s .   T h e  v e r tices  th at  h av e  r ec eiv e d   ev i d en ce   f o r m   th e  ze r o   lev el ,   w h ile  th e  r em ain in g   v er tices  ar e  d iv id ed   in to   s u b s eq u en t  le v els  b ased   o n   th eir   c o n n ec tio n s   to   t h e  p r ev io u s   le v els.  T h is   ap p r o ac h   allo ws  f o r   m o r e   ef f icien t  p r o b ab ilit y   ca lcu latio n s   in   th e   n etwo r k   n o d es  u s in g   alr ea d y   k n o wn   v alu es  f r o m   p r ev io u s   lev els.  T h e   ex a m p les  p r o v id ed   illu s tr ate  th e   p r o p o s ed   m eth o d s   u s in g   e d u ca tio n al   d ata  in   th e  HUGI N   E XPERT  en v ir o n m e n t,  wh i ch   v is u ally   d em o n s tr ates  th e  o p er atio n   o f   t h e  alg o r ith m s .   T h e  e x am p les   co n s id er ed   in   th e  ar ticle  ar e  ed u ca tio n al  an d   d o   n o t r eq u ir e  th e  s ea r ch   f o r   r ea l m ea n in g s ,   b u t th ey   d em o n s tr ate  th e  m ain   p r i n cip les an d   a d v an t ag es o f   th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h .       2.   M E T H O D    C o n s id er in g   an   ar b itra r y   B ay e s ian   n etwo r k   ( B N)   [ 2 6 ] – [ 2 8 ] ,   o n e  m ig h t  q u esti o n   th e  d ep e n d en cy   o f   a   s elec ted   n o d e  o n   o th e r   n o d es  with in   th e  n etwo r k .   T h e   p r im ar y   co m p u tatio n al  c o m p lex ity   lies   in   th e  f ac t  th at   th e  s elec ted   n o d e  g e n er ally   d ep en d s   o n   m an y   o th er   n o d es,   wh ich   b ec o m es  p ar ticu la r ly   ch allen g in g   in   th e   p r esen ce   o f   ev i d en ce .   Var io u s   ap p r o ac h es  to   s o lv in g   th is   p r o b lem   e x is t  [ 2 9 ] – [ 3 1 ] ,   wh ich   ca n   b e   ca teg o r ize d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Ma r ko v  p r o ce s s es in   B a ye s ia n   n etw o r k  co mp u ta tio n   ( A s s em  S h a ya k h meto va )   2183   in to   s ev er al  g r o u p s .   First,  o n e  m eth o d   in v o lv es  b r ea k in g   d o wn   co m p u tatio n s   in   a  B N  in to   b lo ck s   u s in g   th e   co n ce p t  o f   d - s ep ar atio n .   T h is   ap p r o ac h   allo ws  th e  n etwo r k   to   b e   d iv id e d   in to   in d ep en d en t  b l o ck s ,   wh e r e   co m p u tatio n s   c an   b e  p er f o r m e d   s ep ar ately ,   s ig n if ican tly   r ed u cin g   o v er all   co m p u tatio n al  c o m p lex ity .   Seco n d ,   th e  B N  ca n   b e  tr an s f o r m ed   in t o   an o th e r ,   m o r e  s im p lifie d   n et wo r k   wh er e  c o m p u tatio n s   b ec o m e  ea s ier   an d   less   r eso u r ce - in ten s iv e.   Af ter   p er f o r m in g   th e  n ec ess ar y   ca lcu latio n s   in   th is   s im p lifie d   n etwo r k ,   th e  r esu lts   ca n   b e   tr an s f er r ed   b ac k   to   th e  m ain   B ay esian   n etwo r k .   T h e   th ir d   a p p r o ac h   is   th e  elim in atio n   o f   s p ec if ic  n o d es  f r o m   th e  B N  u s in g   th e  th eo r y   o f   p o t en tials .   T h is   th eo r y   is   well - d e v elo p ed   b o th   in   g en e r al  ter m s   an d   s p ec if ically   f o r   B ay esian   n etwo r k s .   Alth o u g h   th is   ap p r o ac h   ca n   f o r m alize   m an y   co m p u tatio n s ,   it   o f ten   lo s es  th e  in tu itiv e   clar ity   in h e r en t  i n   th e   f r am ew o r k   o f   B Ns.  T h e   f o u r th   m eth o d   s u g g ests   s im p lify in g   co m p u tatio n s   in   a   B N  b y   ass u m in g   th at  ca lcu latio n s   in   th e  s elec ted   n o d e   d e p en d   o n l y   o n   its   n eig h b o r in g   n o d es  an d   th at  d e p en d e n cies  o n   o th er   n o d es  ar e   m ed iated   o n ly   th r o u g h   th ese  n eig h b o r i n g   n o d es.  W h ile  th is   m ay   lead   to   a   r ed u ctio n   i n   ca lcu latio n   ac cu r ac y   with in   t h e  co n tex t   o f   B ay esian   id ea s ,   th is   m eth o d   ess en tially   r ep r e s en ts   a  s h if t  in   th e  id eo lo g y   o f   B ay esian   n etwo r k s .   T h is   wo r k   ex a m in es  a  ca s e   wh er e   co m p u tatio n s   in   th e   c u r r en t   n o d e  d e p en d   o n ly   o n   its   n eig h b o r in g   n o d e s ,   p o s s ib ly   n o t  all  o f   t h em .   T h e  m ain   co m p u tatio n al   ch al len g e  ar is es  wh en   ev id en ce   is   p r esen t  in   th e  n etwo r k .   I n   t h e  ab s en ce   o f   p r o o f ,   th e  Ma r k o v   p r o p er t y   is   au to m atica lly   f u lf illed ,   an d   ca lcu latio n s   in   th e  n o d e  d ep en d   o n ly   o n   a  s u b s et  o f   n eig h b o r i n g   n o d es,  m ak in g   th e m   r elativ ely   s im p le.   T h e  ar ticle  ex p l o r es  th e  p o s s ib ilit y   o f   ex te n d in g   th is   id eo l o g y   to   co m p u tatio n s   in   B ay e s ian   n etwo r k s   with   ev id en ce   in   s o m e   n o d es,  aim in g   to   s im p lify   ca lcu latio n s   an d   im p r o v e  th eir   ef f icien cy .   L et  a  g r ap h   G =   < V , E >   b e   g iv en ,   wh e r e    is   th e   s et  o f   v er tices  o f   th e   g r ap h ,   an d   E   is   th e  s et  o f   e d g es.  A   d ir ec ted   ac y clic  g r a p h     is   ca lled   a  B ay esian   n etwo r k   if   ea ch   v er tex   ∈   is   a s s o ciate d   w ith   a  r an d o m   v ar ia b le  X v ,   an d   ea ch   ed g e  = ( u , v ) ∈ E   r ep r esen ts   a  p r o b a b ilis tic  d ep en d en ce   o f   th e  r a n d o m   v ar i ab le  X v o n   th e  r a n d o m   v ar iab le  X u u .   T h e  r an d o m   v ar ia b le  Xj  co n tain s   s ev er al  in d e p en d e n t  s tates  { 1 , 2 , 3 , … , } .   A  p r o b ab ilit y   ch ar ac ter iz es  ea ch   s tate.   T h e  n u m b er   o f   s tates f o r   ea ch   r an d o m   v ar ia b le  m ay   v ar y .   I t is  ass u m ed   th at  ( 1 )   ( 2 ) .     ( 1 ) + ( 2 ) + ( 3 ) + ⋯ + ( ) = 1   ( 1 )     ( 1 + 2 ) = ( 1 ) + ( 2 )   ( 2 )     T h e  f o llo win g   b asic r u les ar e  u s ed   wh en   wo r k in g   with   B ay e s ian   n etwo r k s :   −   Mu ltip licatio n :  ( ,   |   ) = (   |   , )   ∗   (   |   ) = (   |   , )   ∗   (   |   )   −   Su m m atio n :  ( X   |   Z ) =   ∑ ( , =   | ) =   ∑ (   | = , ) ∗ ( = | )     −   B ay es '   th eo r em :  ( X   | Y , Z ) =   P ( Y   |   X , Z )   ∗   P ( X   |   Z ) P ( Y   |   Z ) = ( Y   |   X , Z )   ∗   P ( X   |   Z ) ∑ ( Y   | X = x , Z )   ∗   P ( X = x   | Z )     I n d ep e n d en ce   o f   r an d o m   v a r ia b les:     ( , ) = ( )   ∗   ( ) .  I n itially ,   co n d itio n al  p r o b ab ilit ies  an d   p r o b a b ilit ies  f o r   s o m e  n o d es  a r e  s et  in   th e   B ay esian   n etwo r k .   B ased   o n   t h is   d ata,   an y   co m b in atio n   o f   ev e n ts   in   th e  n etwo r k   ca n   b e  d eter m i n ed .   A  v er tex     is   a  p ar en t  o f   v er tex   v   if   ed g e  ( u , v )   ∈ E .  T h e  s et  o f   all   p ar en t   v er tices  o f   v   is   d en o ted   b y   pa r e n ts   ( X v ) . T o   ca lcu late  th e  p r o b ab ilit y ,   th er e  is   a  ch ain   r u le  f o r   B ay esian   n etwo r k s   ( 3 ) :     ( 1 , 2 , 3 , … , ) = ∏ (   |   ( ) ) = 1   ( 3 )     T h e  ch ain   r u le  allo ws  f o r   d ec o m p o s in g   a  jo i n t  d is tr ib u tio n   in to   a  p r o d u ct  o f   co n d itio n al  d is tr ib u tio n s .   I t  is   ev id en t  th at  d u r in g   th e  ca lc u l atio n ,   th e  Ma r k o v   p r in cip le  is   o b s er v ed :  a  v a r iab le  d ep e n d s   o n ly   o n   its   p ar en t  v ar iab les,  r eg a r d less   o f   h o w   th e  p ar e n t  v a r iab les  o b tain e d   th eir   v alu es.  I t   is   also   clea r   th at  th e  n u m b e r   o f   p ar en ts   f o r   a  v er tex   s h o u ld   n o t  b e   lar g e   d u e   to   th e   lim itatio n s   o f   co m p u tatio n al   r es o u r ce s .   Ho wev e r ,   th eo r etica lly ,   t h e  n u m b e r   o f   p ar e n ts   ca n   b e   ar b itra r y .   I t   is   im p o r tan t  t o   em p h asize  th at  s p ec if y in g   th e   co n d itio n al  p r o b a b ilit y   f o r   p a r en t - ch ild   p air s   is   n o t e n o u g h .   T h is   in f o r m atio n   d o es n o t d e f in e  th e  r elatio n s h ip s   b etwe en   th e   p ar e n ts .   L et  th e   v ar iab les  X,   Y,   a n d   Z   b e  r e p r es en ted   as  in d ep en d en t  e v en ts ,   with   X  an d   Y  b ein g   th e  p ar en ts   o f   Z   ( 4 ) .     = { 1 , 2 , 3 , … ,   } ;   = { 1 , 2 , 3 , … ,   } ;   = { 1 , 2 , 3 , … ,   }   ( 4 )     T o   u n i q u ely   d eter m in e  t h e  p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n ,   t h e  f o llo win g   s et  o f   co n d itio n al  p r o b ab ilit ies  m u s t  b e   s p ec if ied :  P ( z i   |   x j , y k ) .   T h e  p r im ar y   task   o f   co m p u tatio n s   in   a  B ay esi an   Netwo r k   ( B N)   is   to   ca lcu l ate  th e  p r o b a b ilit y   o f   in d e p en d e n t  ev en ts   wh en   co n d itio n al  p r o b a b i liti es  ar e  s p ec if ied   at  ea ch   v er tex .   T h is   p r o ce s s   is   ca lled   in itial  p r o p a g atio n .   I f   th e  B N  is   s tr u ctu r ed   as  a  p o ly tr ee ,   p r o p ag atio n   alg o r ith m s   ar e  s ig n if ican tly   s im p lifie d   an d   y ield   a  u n iq u e  r esu lt.  T h is   i s   b ec au s e,   in   th is   ca s e,   an y   two   v er tices  i n   th e  B N  g r ap h   ar e   co n n ec ted   b y   a   s in g le  p at h .   C o n s eq u en tly ,   th e   in f lu e n ce   o f   ev id en ce   ca n   also   p r o p ag ate   al o n g   a  s in g le   p ath .   I f   th e  B N  g r ap h   co n tain s   u n d ir e cted   cy cles,  it  h as  b ee n   s h o wn   in   [ 3 ]   th at  a  m ar g in al  p r o b ab i lity   d is tr ib u tio n   ca n   b e  co n s tr u cted .   T h e  m ain   g o a l  ( eith er   in itial  o r   ev id en ce   p r o p ag atio n )   is   to   ca lcu late  th e  d is tr ib u tio n   o v e r   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   2 1 8 1 - 2 1 9 1   2184   s u b s et  o f   v ar ia b les  with in   th e  B ay esian   n etwo r k .   I f   th e  d is tr ib u tio n   is   f u lly   s p ec if ied ,   it  is   s im p ly   a  m atter   o f   s u m m in g   th is   d is tr ib u tio n   o v e r   all  p o s s ib le  ass ig n m en ts   o f   t h e  v ar ia b les  n o t  in cl u d ed   in   t h e  s u b s et  f o r   wh ich   we  wan t  to   o b tain   th e   d is tr ib u tio n .   Ho wev er ,   th e   s ize  o f   th e   p r o b lem   g r o ws  ex p o n en tially   with   th e  n u m b er   o f   n o d es  in   th e  B N,   an d   d u e  to   th e  d ata  v o lu m e,   th ese  ca lcu latio n s   m ay   b e  p r ac tically   im p o s s ib le.   T h e  p r o b a b ilit y   d is tr ib u tio n   f o r   a n   ar b itra r y   n o d e  with   m u ltip le  p iece s   o f   ev id en ce   ca n   b e  ca lcu lated   u s in g   f o r m u la  ( 5 ) :     ( 1 2 3   … ) = ∑ ( 1 2 3   … 1 = 1 2 = 2 3 = 3 … = ) 1 , 2 , 3 , … ,       ( 5 )     T h e  s p ec if ied   m eth o d   d ef in es   lo ca l  d is tr ib u tio n s .   B ased   o n   t h ese  lo ca l  d is tr ib u tio n s ,   c o n d i tio n al  p r o b ab ilit ies  ca n   b e  ca lcu lated   ( 6 ) :      ( 1 … | 1 = 1 … = ) = ∑ ( 1 … 1 = 1 … = 1 = 1 … = ) 1 , … ,   ∑ ( 1 … 1 = 1 … = 1 = 1 … = ) 1 , … , 1 , … ,       ( 6 )     wh er e  th e   v ar iab les  Z k   –   ar e   th e   v ar iab les  th at   h a v e  r ec ei v ed   ev id en ce .   W h en   ev i d en ce   is   p r esen t,  th e  a b o v e   f o r m u la  n o   lo n g er   w o r k s .   I t is  n ec ess ar y   to   u s e  m o r e   g en e r al  f o r m u las ( 7 ) - ( 1 0 ) :     (   |   ) =   (  ) ( )   ( 7 )     (   |   ) =   (   | ) ( ) ( )   ( 8 )     ∑ ( = |   ) =   1   ( 9 )     ( =   |   = ) =   ( =   | = ) ( = ) ∑ ( =   | = ) ( = )   ( 1 0 )       3.   RE SU L T S   AND  D I SCU SS I O N    L et's  co n s id er   th e  ed u ca tio n al  ex am p le  ASI A  in   Fig u r e   1 ,   wid ely   k n o wn   i n   th e  lit er atu r e  o n   B ay esian   n etwo r k s ,   wh ich   an aly ze s   v ar io u s   s ce n ar io s   o f   s ettin g   ev id en ce   an d   c o m p ar es  two   ap p r o ac h es  to   alg o r ith m   co n s tr u ctio n   c o n s id er in g   Ma r k o v   p r o p e r ties .   I n   th is   ex am p le,   th e  v e r tex     r ep r e s en ts   th e  f ac t  o f   th e   s u b ject's  v is it  to   Asi a  in   Fig u r e   2 ( a) ,   th e  v er te x     r ep r esen ts   th e  f ac t  o f   s m o k in g   in   Fig u r e   2( b ) ,   th e  v e r tex     r ep r esen ts   th e  p r esen ce   o f   t u b er cu lo s is ,   wh ich   s ig n if ica n tly   d ep en d s   o n   th e  v is it  to   Asi a  in   Fig u r e   2( c ) ,   a n d   th e  v er te x     in d icate s   th e  p r e s en ce   o f   lu n g   ca n ce r   in   Fig u r e   2 ( d ) .   T h e  v er tex     r ep r ese n ts   th e  p r esen ce   o f   b r o n c h itis   in   Fig u r e   2 ( e) ,   t h e   v er tex     r ef lects  th e  f ac t  o f   eith er   lu n g   ca n ce r   o r   t u b er c u lo s is ,   th e  v er tex     co r r esp o n d s   to   th e  r esu lts   o f   a n   X - r ay ,   a n d   th e   v er tex     in d icate s   th e  p r esen ce   o f   d y s p n ea   in   th e  s u b ject.   I n   th is   an al y s is ,   a  co m p a r is o n   o f   s o lu tio n s   a n d   m eth o d s   f o r   alg o r ith m   c o n s tr u ctio n   is   co n d u cte d ,   tak in g   in to   ac c o u n t  th e  Ma r k o v   p r o p e r ty ,   wh ich   h elp s   id en tify   th e  d if f er e n ce s   an d   ad v an tag es  o f   ea ch   ap p r o ac h   in   th e   co n tex t  o f   t h is   ex am p le.   A   v is it  to   Asi a  tr ig g er s   th e  r is k   o f   co n tr ac tin g   tu b er cu lo s is .   Sm o k in g   ca n   co n tr ib u te  to   d ev el o p in g   lu n g   ca n ce r   ( L ) ,   b r o n c h itis   ( B ) ,   o r   b o th   s im u ltan e o u s ly .   T h e  r esu lt  o f   a  ch est     X - r ay   ( X)   m ay   i n d icate   th e  p r esen ce   o f   l u n g   ca n ce r   o r   tu b er cu lo s is   with   a  ce r tain   p r o b a b ilit y ,   b u t  it  ca n n o t   d is tin g u is h   b etwe en   th ese  d is ea s es.  L u n g   ca n ce r ,   tu b er c u lo s is ,   an d   b r o n ch itis   ca n   ca u s e  d y s p n ea   with   a   ce r tain   p r o b ab ilit y .   Fig u r e   2   s h o ws  a  B ay esian   n etwo r k   d es cr ib in g   th e  r elatio n s h ip s   b etw ee n   f iv e   v a r iab les  in v o lv ed   in   d iag n o s in g   lu n g   d is ea s es.  Fig u r e  2 ( a)   s h o ws  th e  p r o b ab ilit y   o f   a  s u b ject  tr av elin g   to   Asi a  ( A) ,   wh er e  d is ea s es  s u ch   as  tu b er cu lo s is   ca n   b e  co n tr ac ted .   T h e  p r o b ab ilit y   th at  th e  s u b ject  h as  v is ited   Asi a   is   0 . 0 1   f o r   “y es”  an d   0 . 9 9   f o r   “n o . ”  Fig u r e  2 ( c )   s h o ws  th e  p r o b a b ilit y   o f   a  s u b ject  h av in g   tu b er c u lo s is   ( T ) ,   d ep en d i n g   o n   wh eth e r   th e  s u b ject  h as  v is ited   Asi a.   I f   th e  s u b ject  h as  v is ited   Asi a,   th e  p r o b ab ilit y   o f   h av in g   tu b er cu lo s is   is   0 . 0 5   f o r   “y es”   an d   0 . 9 5   f o r   “ n o . ”   I f   th e   s u b je ct  h as  n o t  v is ited   Asi a,   t h e  p r o b ab ilit y   o f   h av in g   th e  d is ea s e  is   0 . 0 1   f o r   “y es”  an d   0 . 9 9   f o r   “n o . ”  Fig u r e  2 ( b )   s h o ws  th e  p r o b ab ilit y   th at  th e  s u b ject  is   a  s m o k er   ( S),   wh ich   is   eq u ally   d iv id e d :  0 . 5   f o r   “y es”  a n d   0 . 5   f o r   “ n o . ”  Fig u r e  2 ( d )   illu s tr ates  th e  p r o b ab ilit y   o f   a   s u b ject  h av in g   lu n g   ca n ce r   ( L ) ,   d ep e n d in g   o n   wh eth er   t h e  s u b ject  s m o k es.  I f   th e  s u b ject  s m o k es,  th e  p r o b a b ilit y   o f   lu n g   ca n ce r   is   0 . 1   f o r   “ y es”  an d   0 . 9   f o r   “n o . ”  I f   th e   s u b ject  d o es  n o t   s m o k e,   th e  p r o b a b ilit y   o f   ca n ce r   d ec r ea s es  to   0 . 0 1   f o r   “ y es”  an d   0 . 9 9   f o r   “n o . ”  Fig u r e  2 ( e)   s h o ws  th e  p r o b a b ilit y   th at  th e  s u b ject  will   h av e  b r o n ch itis   ( B ) ,   also   d e p en d en t  o n   s m o k in g .   Fo r   s m o k er s ,   th e  p r o b ab ilit y   o f   b r o n ch i tis   is   0 . 6   f o r   “y es”   an d   0 . 4   f o r   “n o , ”  wh er ea s   f o r   n o n s m o k e r s ,   th ese  v alu es  ar e  0 . 3   f o r   “y es”  an d   0 . 7   f o r   “n o . ”  T h u s ,   ea ch   f ig u r e   in   th is   m o d el  s h o ws th e  r elatio n s h ip s   b etwe en   th e  v a r iab les th at  af f ec t th e  s u b ject' s   h ea lth .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Ma r ko v  p r o ce s s es in   B a ye s ia n   n etw o r k  co mp u ta tio n   ( A s s em  S h a ya k h meto va )   2185   W e  p er f o r m   th e  tr ian g u latio n   o f   th e  g r ap h   in   Fig u r e  3 .   Acc o r d in g   to   th e  th eo r y ,   d u r in g   tr ia n g u latio n ,   we  f ir s t e lim in ate  v er tices wit h   o n e  n ei g h b o r ,     a n d   .   T h e n ,   we  elim in ate  v er tices with   two   n eig h b o r s ,     an d   D.   T h ese  v er tices a r e  p ar t o f   cliq u es,  s o   th er e  is   n o   n ee d   to   ad d   ed g es.  T h e  r em ain i n g   s u b g r ap h   co n s is ts   o f   th e  v er tices  ,  ,  ,  ,   an d   th e  e d g es { SL,   L E ,   E B ,   B S},   f o r m in g   a  cy cle  o f   len g th   4 .           Fig u r e  1 .   E d u ca tio n al  e x am p le   ASI A         ( a)       ( b )       ( c)       ( d )     ( e)     Fig u r e  2 .   T h e  f ac t o f   th e  s u b je cts '   v is its   to   A s ia           Fig u r e  3 .   Gr a p h   tr ian g u latio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   2 1 8 1 - 2 1 9 1   2186   Fo r   th e  g r ap h   in   Fig u r e  1 ,   we  co n s tr u ct  th e  m o r al  g r ap h .   Her e,   th e  d ir ec tio n s   o f   th e  ed g es  ar e  r em o v ed ,   an d   two   ed g es  ar e  a d d ed   to   co n n ec t  th e  n o d es    a n d   ,   as  well  as  th e  n o d es    a n d   .   An   ed g e    L B   ( o r   e d g e   )   m u s t  b e   ad d e d   t o   co m p lete  th e  tr ia n g u latio n .   T h e  tr ian g u lated   g r ap h   is   s h o wn   in   Fig u r e  4 .   T o   co n s tr u ct  th e  s ec o n d ar y   g r ap h ,   we  s elec t  two   m in im al  cliq u es     an d      f r o m   th e  g r ap h   in   Fig u r e  4 .   T h e   n eig h b o r in g   cliq u e  t o   th ese  cl iq u es  will  b e  th e   cliq u e   .   T h e  n eig h b o r in g   cliq u e  t o      will  b e  th e   cliq u e    .   T h e  n eig h b o r in g   cliq u es to      will b e     an d    .           Fig u r e  4 .   T h e  jo in   tr ee   co r r esp o n d in g   to   th e  B ay esian   n etwo r k   ( B N)       T h e  an aly s is   o f   th e  ASI A  ed u ca tio n al  ex am p le  s h o ws  th at,   d esp ite  s ig n if ican t  o p p o r t u n ities   f o r   s im p lify in g   ca lcu latio n s ,   th e  c o m p u tatio n al  lo a d   f o r   la r g e  B ay esian   n etwo r k s   ( B Ns)  ca n   b e  v er y   s u b s tan tial,   an d   tr an s f o r m atio n s   in to   a  s ec o n d ar y   g r ap h   ca n   b e  c o m p le x   an d   n o t  alwa y s   tr an s p ar en t  to   r esear ch er s .   T h is   r aises   th e  q u esti o n :  h o w  ca n   we  r ed u ce   an d   s im p lify   co m p u tatio n s ,   m ak i n g   th em   m o r e  tr an s p ar e n t?  T o   ac h iev e  th ese   g o als,  it   is   im p o r tan t  to   en s u r e   th at  t h e  ac c u r a cy   o f   th e   ca lcu latio n s   r em ain s   with in   r ea s o n ab le   lim its   an d   th at   th e   th eo r etica l   f o u n d atio n   o f   th e   n ew  a p p r o a ch   is   b ased   o n   p r ev io u s ly   d e v elo p ed   th eo r ies  a n d   m eth o d s .   I t   is   n ec ess ar y   f o r   th e  alg o r ith m s ,   t h eir   s o f twar e   im p lem en tatio n ,   an d   th e  s p ee d   o f   ca lcu latio n s   t o   b e   s ig n if ican tly   s im p ler   an d   f aster ,   allo win g   f o r   th e  ef f icien t  p r o ce s s in g   o f   an y   r ea s o n ab le  B N  to p o lo g ies.  A  k ey   asp ec t  is   a ls o   th e  ab ilit y   to   id en tify   ce r tain   s u b g r ap h s   o f   th e  B N  f o r   in teg r ated   co m p u tatio n s ,   wh ich   will  h elp   o p tim ize  th e  p r o ce s s .   At  th e  s am e  tim e,   p o ten tial  er r o r s   th at  m ay   ar is e  d u r in g   th e  s im p lific atio n   o f   co m p u tatio n s   s h o u l d   b e  co n s i d er ed ,   an d   th eir   im p ac t  o n   th e  f in al  r esu lts   s h o u ld   b e  ass es s ed .   As  p ar t  o f   th e  d ev elo p m e n t  o f   a  n ew  a p p r o ac h   to   co m p u tatio n s   in   B ay esian   n etwo r k s ,   it  was  d ec id ed   to   r ef er   to   a  well - k n o wn   p a r ad ig m   f r o m   th e  th e o r y   o f   Ma r k o v   ch ai n s ,   ac co r d i n g   to   wh ich   in f o r m atio n   in   th e  n o d e  u n d er   s tu d y   d ep en d s   o n ly   o n   th e  in f o r m ati o n   in   n eig h b o r i n g   n o d es,  r eg a r d less   o f   h o w  th at  in f o r m atio n   was  o b tain ed .   T h is   wo r k   ass u m es  th at   th e  i n f o r m atio n   in   th e  n o d e   u n d er   s tu d y   in   a   B ay esian   n etwo r k   d ep en d s   o n ly   o n   s p ec if ic   n eig h b o r in g   n o d es,  i n clu d in g   p ar en ts   an d   c h ild r en .   Var io u s   im p lem en tatio n s   o f   t h is   ap p r o ac h   ar e  p o s s ib le:  in   o n e,   th e   in f o r m atio n   in   th e   n o d e  d e p en d s   o n ly   o n   th e  p a r en ts ,   ch ild r en ,   an d   o th e r   p a r e n ts   o f   th e   ch ild r e n ,   wh ich   co r r esp o n d s   t o   th e   co n ce p t  o f   th e  n o d e' s   Ma r k o v   b la n k et  Fig u r e   5 .   I n   an o t h er   v ar i an t,  th e  i n f o r m atio n   in   th e  n o d e  d ep en d s   o n   n eig h b o r in g   n o d es,  d esig n ated   as  s et  ,   with   th e  ad d itio n   o f   all  n ei g h b o r in g   n o d es  f o r   ea ch   n o d e  in   s et  .   W h en   co n s id er in g   o p tio n s ,   we  will  co n s id er   th e  d - s ep ar atio n   o f   n o d es  in   th e  B ay esian   n etwo r k   ( B N) .   Nex t,  we  will  co n s id er   th e  ch o ice  o f   t h e  B ay esian   b la n k et.   W ith o u t  e v id en ce ,   co m p u tatio n s   in   th e   B N   d o   n o t  p r esen t  d if f icu lties .   L et's  s y s tem atize   th e  o r d er   o f   co m p u tatio n s   in   th e  a b s en ce   o f   p r o o f .   W e  will   d iv id e  th e  v er tices o f   th e  B N  in to   s ev er al  lev els.  W e  wil l in c lu d e  v er tices wh er e  n o   co m p u tatio n s   ar e  r eq u ir ed   at  th e  ze r o   lev el.   T h ese  a r e  n o d es  with o u t  p ar en ts —   an d   .   A  an d   S  ar e   at  th e   ze r o   lev el.   T ,   L ,   an d   B   ar e   at   th e  f ir s t  lev el,   with   p ar en ts   b e lo n g in g   o n ly   to   t h e  ze r o   lev el.   E   is   at  th e  s ec o n d   lev el,   with   p ar en ts   b elo n g in g   o n ly   to   th e   f ir s t  lev el.   X   an d   D  ar e  at   th e  t h ir d   le v el,   wit h   p ar e n ts   b elo n g in g   o n l y   to   th e  f ir s t  an d   s ec o n d   lev els.  A  an d   S  ar e  at  th e  ze r o   lev el.   T ,   L ,   an d   B   ar e  at  th e  f i r s t  lev el,   with   p ar en ts   b elo n g in g   o n l y   to   th e  ze r o   lev el.   E   is   at  th e  s ec o n d   lev el,   with   p ar en ts   b elo n g in g   o n ly   to   th e  f ir s t  lev el.   X  an d   D  ar e  at  th e  th ir d   lev el,   with   p ar en ts   b elo n g in g   o n ly   to   th e  f ir s t  an d   s ec o n d   lev els.  X  is   at   th e  ze r o   lev el,   an d   th e  v er tex   with   ev id en ce   d o es  n o t   n ee d   to   b e  ca lc u lated .   E   is   at  th e   f ir s t  lev el,   with   v er tex   X   co n n ec ted   o n ly   to   v er tex   E .   T ,   L ,   a n d   D   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Ma r ko v  p r o ce s s es in   B a ye s ia n   n etw o r k  co mp u ta tio n   ( A s s em  S h a ya k h meto va )   2187   ar e  at  th e   s ec o n d   lev el;   th ese  v er tices  ar e  n o t  d - s ep ar ated   f r o m   v e r tex   X   th r o u g h   v e r tex   E ,   an d   th u s ,   th ey   ar e   in f lu en ce d   b y   v er tex   X  th r o u g h   v e r tex   E .   A  an d   S  ar e  at   t h e  th ir d   lev el;  th ese  v e r tices  ar e  n o t  d - s ep ar ated   f r o m   v er tex   X  an d   ar e  th er e f o r e  in f lu en ce d   b y   v er tex   X  th r o u g h   v er tices  E ,   T ,   an d   L .   B   is   at  th e  f o u r th   lev el;  th is   v er tex   is   n o t  d - s ep ar ated   f r o m   v er te x   X.   Ver tex   B   is   in f lu en ce d   b y   v er tex   S  at  th e  th ir d   lev el;  h o wev er ,   v er tices  E   an d   B   ar e  in d ep en d en t  co n ce r n i n g   th e  co n v er g in g   co n n ec tio n   at  v e r tex   D.   T h u s ,   all  v er tices  in   th e  B N  en d   u p   d ep en d i n g   o n   v e r t ex   .   T h e  f o llo win g   o r d e r   o f   c alcu latin g   th e  v er tices  in   th e  B N  ca n   b e  p r o p o s ed   ( 1 1 ) :       − >     − >     − >     − >     − >     − >     − >     ( 1 1 )           Fig u r e  5 .   Mo r al  g r a p h       B ay es '   th eo r em   a n d   th e  p r io r   p r o b a b ilit ies  o f   s p ec if ic   v er tic es  m ay   b e  u s ed   in   th e  ca lcu la tio n s .   T h e  v er tices  in v o lv e d   in   th e   ca lc u latio n s   ar e  d eter m in ed   b y   t h e  Ma r k o v   B ay esian   b lan k et   o f   th e  v er tex   b ein g   ca lcu lated   o r   b y   n eig h b o r in g   v er tices.  T h e  B ay esian   b lan k ets  f o r   th e  v er tices  will   b e  as  f o llo ws:   th e  b lan k et  f o r   v er tex   E   will  b e  {T ,   L ,   X,   D,   B };  th e  b lan k et  f o r   v er tex   T   will  b e  {A,   E ,   L };   th e  b lan k et  f o r   v er tex   L   will  b e  {S,   E ,   T };  th e  b lan k et  f o r   v er tex   D  will  b e  {B,  E };  th e  b lan k et  f o r   v er tex   A  will  b e  {T };  th e  b lan k et  f o r   v er tex   S  will  b e  {L ,   B };  an d   th e  b lan k et   f o r   v er tex   B   will  b e  {S,   D,   E }.   W e  co n s id er ed   a  r elativ ely   s im p le  ex am p le.   E v id en ce   in   th e   s in g le  v er tex   X  in f l u en ce s   all  th e  r em ain in g   v e r tices.  Ver tex   X  is   n o t  s ep ar ated   f r o m   an y   o f   th e  o th er   v er tices.  L et's  co m p licate  th e  task   a  b it.  Su p p o s e  th e  ev id en ce   is   in   v er tex   A.   Ver tex   E   co n tain s   a  co n v er g in g   co n n ec tio n .   T h is   m ea n s   th at  v er tices  A  an d   T   will  b e  in d ep en d en t   ( d - s ep ar ated )   f r o m   v er tices  L   a n d   S.  Similar ly ,   v e r tices  E   an d   B   a r e  in d ep en d en t  co n ce r n in g   th e   co n v er g i n g   c o n n ec tio n   at   v er tex   D.   T h e  p ar titi o n i n g   o f   v er tice s   b y   lev els  in   th is   ca s e  will  b e  as  f o llo ws:   A  an d   S  ar e  at  t h e  ze r o   le v el,   with   v er tex   A  co n tain in g   ev id e n ce   an d   v er tex   S  b ei n g   d - s ep ar ate d   f r o m   v er tex   A,   m ea n in g   th e y   ar e  in d ep e n d en t.   T ,   L ,   an d   B   ar e  at  th e  f ir s t  lev el,   with   v er tex   T   d ep en d in g   o n ly   o n   v er tex   A,   an d   v er tices  L   an d   B   d ep en d in g   o n ly   o n   v er tex   S.  E   is   at  t h e  s ec o n d   le v el,   d e p en d i n g   o n   v er tices  T   an d   L .   X  a n d   D   ar e  at   th e  th ir d   lev el.   T h e  v er tices  in v o lv ed   in   th e   ca lcu l atio n s   ar e  d eter m in e d   eith er   b y   th e  Ma r k o v   B ay esian   b la n k et  o f   th e  ca lc u lated   v er tex   o r   b y   n eig h b o r in g   v er ti ce s .   T h e  B ay esian   b lan k ets  f o r   th e  v er tices  will  b e  as  f o llo ws:   th e  b lan k et  f o r   v er tex   T   will  b e  {A,   E ,   L };  th e  b lan k et  f o r   v e r tex   L   will  b e  {S,   E ,   T };  th e  b lan k et  f o r   v e r tex   B   will  b e  {S,   D,   E };  th e  b lan k et  f o r   v e r tex   E   will  b e  {T ,   L ,   X,   D,   B };   th e  b lan k et  f o r   v e r tex   X  will  b e  {E };  an d   th e  b lan k et  f o r   v er tex   D  will b e  {B,  E }.   I n   th e  ca lc u latio n s ,   we  will  u s e  th e  p r o b ab ilit ies  o f   t h e  n o d e s   ca lcu lated   in   th e  p r ev i o u s   s tep .   I n   th e  in itial st ep ,   we  ca lcu late  th e  n o d es with o u t e v id en ce .   T h e  d a ta  o b tain ed   is   th en   u s ed   in   th e  ca lcu latio n s   f o r   th e   s u b s eq u en t  s tep s .   I n   th e  f ir s t  s tep ,   we  esti m ate  th e  p r o b ab ilit ies  o f   o n e  o f   th e  n eig h b o r in g   n o d es  o f   t h e  f ir s t   p iece   o f   ev id e n ce .   I f   t h er e  ar e  m o r e  p iece s   o f   ev id en c e,   we  esti m ate  th e   p r o b ab ili ties   o f   o n e  o f   th e   n eig h b o r in g   n o d es  o f   th e  s ec o n d   p iece   o f   ev id e n ce ,   an d   s o   o n .   Af ter   p r o ce s s in g   all  th e  ev id en ce ,   we  r ep lace   th e  p r o o f   with   th e   n o d es  th at   we  h av e   ju s t  p r o ce s s ed .   W e  th en   co n s tr u ct  th eir   Ma r k o v   b la n k ets.  I n   th e   s ec o n d   s tep ,   we  ca lcu late  th e  p r o b a b ilit ies  o f   th e  n ew  n o d es.  T h is   B N  ex am p le  is   to o   s im p le  t o   p r o v id e  e x am p les  with   m u ltip le  p iece s   o f   e v id e n ce .   L et' s   co n s id er   an   ex am p le  o f   a   s ec o n d   B N.   Fig u r e  6   s h o ws  a  n etwo r k   co n tain in g   2 0   v er tices.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   2 1 8 1 - 2 1 9 1   2188       Fig u r e  6 .   L e v el  p ar titi o n in g   co n s id er in g   d - s ep ar atio n       Of   p ar ticu lar   in ter est  ar e  v er ti ce s   E 1   an d   E 2 ,   wh ich   p o s s ess   a  co n v e r g in g   co n n ec tio n ,   d eter m in in g   th e  ex is ten ce   o f   d - s ep ar atio n   in   ce r tain   ca s es.  W h en   co n s id er in g   a   s ce n ar io   wh er e   v er tic es  A4   an d   C 3   h av e   r ec eiv ed   e v id en ce ,   th e   lev el   p ar titi o n in g   will  b e  as   f o llo ws:   At  th e   ze r o   lev el   ar e   v er tice s   A4 ,   C 3 ,   an d   B 4 ,   wh er e  th e  f ir s t  two   v er tices  h av e  r ec eiv ed   ev id e n ce ,   an d   B 4   is   n o t  co n n ec ted   to   th e  v er tices  g en er ated   b y   v er tices  A4   an d   C 3   th r o u g h   c o n v er g in g   c o n n ec tio n s   in   E 1   an d   E 2 .   T h e  f ir s t  lev el  in cl u d es  v er tices  A3 ,   C 4 ,   C 2 ,   an d   B 3 .   T h e  s ec o n d   lev el   co n s is ts   o f   v er tices  A2 ,   C 1 ,   an d   B 2 .   T h e   th ir d   lev el  i n clu d es  v er tices  A1   an d   B 1 .   Ver tices  D1   an d   E 1   r ep r esen t  th e  f o u r th   lev el,   t h e  f if th   lev el  b y   v er tices  D2   an d   E 2 ,   th e  s ix th   lev el   in clu d es  D3   an d   E 3 ,   an d   th e  s ev en th   lev el  co n s is ts   o f   v er tices  D4   an d   E 4 .   T h e  f o llo win g   o r d er   o f   ca lcu latin g   th e  v er tices  in   th e  B N  ca n   b e  p r o p o s ed :  A3   - >   C 4   - >  C 2   - >   B 3   - >  A2   - >  C 1   - >  B 2   - >   A1   - >  B 1   - >  D1   - >  E 1     - >  D2   - >  E 2   - >   D3   - >  E 3   - >   D4   - >  E 4 .   T h e  B ay esian   b lan k ets  f o r   th e  v er tices  will  b e  as   f o llo ws:   th e   b lan k et   f o r   v e r tex   A3   will  b e  {A4 ,   A 2 };  th e  b la n k et  f o r   v er tex   C 4   will  b e  {C3 };  th e  b la n k et  f o r   v er tex   C 2   will  b e  {C3 ,   C 1 };  th e  b lan k et  f o r   v e r tex   B 3   will  b e  {B4 ,   B 2 };  th e  b lan k et  f o r   v er tex   A 2   will  b e  {A3 ,   A1 };  t h e   b lan k et  f o r   v er tex   C 1   will  b e   {C2 ,   A1 };  th e   b lan k et  f o r   v er tex   B 2   will  b e   {B3 ,   B 1 ,   E 2 ,   E 1 };  th e   b lan k et   f o r   v er tex   A1   will  b e  {A2 ,   C 1 ,   D1 ,   E 1 ,   B 1 };  th e  b lan k et  f o r   v er tex   B 1   will  b e  {B2 ,   E 1 ,   A1 };  th e  b lan k et  f o r   v er tex   D 1   will  b e  {A1 ,   D2 };   th e  b lan k et  f o r   v er tex   E 1   will  b e   {A1 ,   B 1 ,   E 2 ,   B 2 };   th e  b la n k et  f o r   v er tex   D2   will  b e  {D1 ,   D 3 };  th e   b lan k e t  f o r   v er tex   E 2   will  b e  {B2 ,   E 1 ,   E 3 };   th e  b lan k et   f o r   v e r tex   D3   will  b e  {D2 ,   D4 };  th e  b lan k et  f o r   v e r tex   E 3   will  b e  {E 2 ,   E 4 };  t h e  b lan k et  f o r   v er te x   D4   will  b e  {D3 } ;  an d   th e  b lan k et  f o r   v er tex   E 4   will  b e  {E 3 }.   T h e   ar ticle  ex p lo r es  th e   p o s s ib ilit ies  o f   u s in g   th e   Ma r k o v   p r o p er ty   to   s im p lif y   co m p u tatio n s   in   B ay esian   n etwo r k s ,   wh ich   in tr o d u ce s   n ew  ch allen g es  wh ile  s o lv in g   a  n u m b er   o f   ex is tin g   p r o b lem s .   Sp ec if ically ,   it   r eq u ir es  ju s tific atio n   f o r   a p p ly in g   th e   Ma r k o v   p r o p er ty ,   ad ap tatio n   o f   ex is tin g   p r o b a b ilit y   tab les  d esp ite  th eir   in co n v e n ien t  s tr u ctu r es,  a n d   p r o p er   ju s tific atio n   f o r   u s in g   B ay es '   th eo r em .   I t  is   ess en tial  to   p r o v e  th at  in   t h e  p r esen ce   o f   m u ltip le  p iece s   o f   ev id en ce   a n d   c h an g es  in   th e  d ir ec tio n   o f   s o m e   ed g es,  cy cles d o   n o t a r is e  an d   to   in v esti g ate  p o ten tial c o n tr a d ictio n s   in   B ay esian   n etwo r k s   th at  m ay   o cc u r   d u e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8       Ma r ko v  p r o ce s s es in   B a ye s ia n   n etw o r k  co mp u ta tio n   ( A s s em  S h a ya k h meto va )   2189   to   in co r r ec t  o r   in c o m p atib le  r e ce ip t  o f   m u ltip le  p iece s   o f   ev id en ce ,   o f f e r in g   s o lu tio n s   to   th ese  is s u es.  Desp ite   th e  ch allen g es,   th e  a p p r o ac h   u n d e r   c o n s id er atio n   ap p ea r s   to   b e  q u ite  p r o m is in g   an d   war r an ts   f u r th e r   in v esti g atio n .   T h e   ef f ec tiv en e s s   o f   u s in g   B ay esian   n etwo r k s   lar g ely   d e p en d s   o n   s elec tin g   th e  co r r ec t  c o n ce p t   f o r   q u e r y in g   th e  n etwo r k   an d   ef f icien t  p r o p a g atio n   m eth o d s ,   esp ec ially   in   th e  p r esen ce   o f   m u ltip le  p iece s   o f   ev id en ce .   T h e  c o m p lex   an d   e x ten s iv e  to p o lo g y   o f   B ay esian   n etwo r k s   ca n   s ig n if ican tl y   in cr ea s e  co m p u tatio n   tim e,   an d   m an y   ex is tin g   alg o r i th m s   cu r r en tl y   u s e  a n   ap p r o ac h   b ased   o n   r ep r esen tin g   th e   o r ig in al  n etwo r k   as  a   ju n ctio n   t r ee .   T h is   m eth o d   h as  s ev er al  a d v an tag es,   s u ch   as   u n iv er s ality ,   o b tain in g   ac cu r ate   p r o b ab ilit y   v alu es,   an d   h i g h - s p ee d   im p lem en tatio n   o f   alg o r ith m s   in   co d e.   Ho we v er ,   th is   ap p r o ac h   also   h as  lim itatio n s ,   in clu d in g   d if f icu lties   in   co m p u tatio n s   f o r   s p ec if ic  to p o lo g ies  an d   co m p lex ity   i n   u n d er s tan d i n g   an d   d ev elo p in g   alg o r ith m s .   As  a  r esu lt,  m a n y   d e v elo p er s   a r e  s ee k in g   way s   to   s im p lify   alg o r ith m s   an d   im p r o v e  th eir   ef f icien cy ,   h ig h lig h tin g   th e   n e ed   f o r   n ew,   c o r r ec t  p ar ad i g m s   f o r   w o r k in g   with   B ay esian   n etwo r k s .   On e  s u ch   d ir ec tio n   is   a  r etu r n   to   t h e  id e a  o f   Ma r k o v   ch ain s ,   wh er e  t h e  in f o r m atio n   in   a  n o d e  d ep e n d s   o n ly   o n   t h e  s tate   o f   n eig h b o r in g   n o d es,  wh ich   s im p lifie s   alg o r ith m s   an d   in cr ea s es  th eir   s p ee d .   I t  i s   es s en tial  to   co n s id er   th e   o r d er   o f   n o d e   co m p u tatio n s   an d   th e   n ee d   f o r   iter atio n s   i n   th e  p r esen ce   o f   ev id e n ce .   C o n tr o llin g   th e   d - s ep ar atio n   o f   n o d es  an d   u s in g   th e  Ma r k o v   b lan k et  also   p lay   a  cr u cial  r o le  in   im p r o v i n g   th e  ac cu r ac y   o f   ca lcu latio n s ,   alth o u g h   th e y   m ay   co m p licate  th e  p r o ce s s .   T h u s ,   th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h   to   d ev elo p in g   alg o r ith m s   f o r   B ay esian   n etwo r k s   r eq u ir es  f u r th er   in v esti g atio n   an d   p r ac tical  test in g   to   ass ess   its   ef f ec tiv en ess   in   r ea l - wo r ld   co n d itio n s .       4.   CO NCLU SI O N   T h is   ar ticle  ex am in es  th e  p o te n tial  o f   u s in g   Ma r k o v   p r o ce s s es  to   s im p lify   B ay esian   n etwo r k s   ( B Ns)   co m p u tatio n s .   Desp ite  th e  o b v io u s   ad v a n tag es,  s u ch   as  s p ee d in g   u p   ca lcu latio n s   an d   s im p lify in g   alg o r ith m s ,   in tr o d u cin g   t h e  Ma r k o v   p r o p er ty   in to   B ay esian   n etwo r k s   also   in tr o d u ce s   s ev er al   n ew   ch allen g es.   T h ese   in clu d e  th e  n ee d   to   ju s tify   th e  ap p licatio n   o f   Ma r k o v   p r o p er ties ,   ad ap t  ex is tin g   p r o b a b ilit y   tab les  to   n ew   s tr u ctu r es,  an d   co r r ec tl y   ap p ly   B ay es'   th eo r em .   Ad d itio n ally ,   it  is   im p o r tan t  to   p r o v e  t h a t  n o   c y cles  ar is e  in   th e  p r esen ce   o f   m u ltip le  p iec es  o f   ev id en ce   an d   ch an g es  in   th e  d ir ec tio n   o f   ce r tain   ed g es  an d   to   in v esti g ate   p o s s ib le  co n tr ad ictio n s   th at  m ay   o cc u r   wh en   m u ltip le  p iece s   o f   ev id e n ce   ar e  r ec eiv ed   i n co m p atib le.   Nev er th eless ,   th e  ap p r o ac h   u n d er   co n s id er atio n   is   p r o m is in g   an d   r eq u ir es  f u r th er   r esear ch ,   esp ec ially   in   co m p lex   an d   lar g e  B N  to p o lo g ies.  T h e  p r ac tical   ap p licatio n   o f   th ese  m eth o d s   co u ld   s ig n if ican tly   im p r o v e   th e  ef f icien c y   o f   wo r k in g   with   B ay esian   n etwo r k s ,   p ar ticu lar ly   in   p r o ce s s in g   d ata  with   m u ltip le   u n ce r tain ties .   T h e  p r o p o s ed   al g o r ith m s   an d   ap p r o ac h es  n ee d   d etailed   test in g   an d   o p tim izat io n   f o r   u s e  in   r ea l - wo r ld   co n d itio n s ,   wh ich   will a llo w  th eir   to tal  p r ac tical  v alu e  to   b e  r ea lized .       ACK NO WL E DG E M E NT S   T h is   p ap er   was w r itten   u n d er   g r an t A P1 9 6 7 9 1 4 2   “ Sear ch   f o r   o p tim al  s o lu tio n s   in   B ay esia n   n etwo r k s   in   m o d els  with   lin ea r   c o n s tr a in ts   an d   lin ea r   f u n ctio n als.  D ev elo p m en t  o f   alg o r ith m s   an d   p r o g r am s ”   ( 2 0 2 3 - 2 0 2 5 )   o f   t h e  Min is tr y   o f   E d u c atio n   an d   Scien ce   o f   th e  R ep u b lic  o f   Kaz ak h s tan .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   J.  K .   G h o s h ,   “ P r o b a b i l i st i c   n e t w o r k s   a n d   e x p e r t   s y st e ms:   e x a c t   c o m p u t a t i o n a l   m e t h o d s   f o r   B a y e si a n   n e t w o r k s,”   I n t e rn a t i o n a l   S t a t i st i c a l   Re v i e w ,   v o l .   7 6 ,   n o .   2 ,   p p .   3 0 6 – 3 0 7 ,   J u l .   2 0 0 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 1 1 / j . 1 7 5 1 - 5 8 2 3 . 2 0 0 8 . 0 0 0 5 4 _ 8 . x .   [ 2 ]   F .   J.  R a d e r mac h e r ,   “ P r o b a b i l i s t i c   r e a s o n i n g   i n   i n t e l l i g e n t   sy st e ms:  n e t w o r k s  o f   p l a u si b l e   i n f e r e n c e , ”   S I A M  Re v i e w ,   v o l .   3 2 ,   n o .   4 ,   p p .   7 0 4 – 7 0 7 ,   D e c .   1 9 9 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 3 7 / 1 0 3 2 1 5 5 .   [ 3 ]   L.   E.   S u c a r ,   “ B a y e si a n   n e t w o r k s :   r e p r e s e n t a t i o n   a n d   i n f e r e n c e , ”   i n   P r o b a b i l i s t i c   G ra p h i c a l   M o d e l s ,   S p r i n g e r   I n t e r n a t i o n a l   P u b l i s h i n g ,   2 0 2 0 ,   p p .   1 1 1 – 1 5 1 .   [ 4 ]   J.  B a z ,   P .   A l o n so ,   J.  M .   P e ñ a ,   a n d   R .   P é r e z - F e r n á n d e z ,   “ G a u ssi a n   M a r k o v   r a n d o m fie l d s  a n d   t o t a l l y   p o si t i v e   m a t r i c e s , ”   J o u rn a l   o f   C o m p u t a t i o n a l   a n d   A p p l i e d   M a t h e m a t i c s ,   v o l .   4 3 0 ,   O c t .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c a m . 2 0 2 3 . 1 1 5 0 9 8 .   [ 5 ]   F .   Le o n a r d i ,   R .   C a r v a l h o ,   a n d   I .   F r o n d a n a ,   “ S t r u c t u r e   r e c o v e r y   f o r   p a r t i a l l y   o b ser v e d   d i s c r e t e   M a r k o v   r a n d o m   f i e l d s   o n   g r a p h s   u n d e r   n o t   n e c e ssar i l y   p o s i t i v e   d i st r i b u t i o n s,”   S c a n d i n a v i a n   J o u r n a l   o f   S t a t i s t i c s ,   v o l .   5 1 ,   n o .   1 ,   p p .   6 4 – 8 8 ,   A u g .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 1 1 / sj o s. 1 2 6 7 4 .   [ 6 ]   B .   P a n i ć ,   M .   B o r o v i n še k ,   M .   V e se n j a k ,   S .   O ma n ,   a n d   M .   N a g o d e ,   “ A   g u i d e   t o   u n s u p e r v i s e d   i ma g e   se g me n t a t i o n   o f   m C T - sc a n n e d   c e l l u l a r   me t a l s   w i t h   mi x t u r e   m o d e l l i n g   a n d   M a r k o v   r a n d o m   f i e l d s,”   M a t e ri a l s   a n d   D e s i g n ,   v o l .   2 3 9 ,   M a r .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . ma t d e s. 2 0 2 4 . 1 1 2 7 5 0 .   [ 7 ]   M .   S o l e i ma n i ,   F .   C a m p e a n ,   a n d   D .   N e a g u ,   “ I n t e g r a t i o n   o f   h i d d e n   M a r k o v   mo d e l l i n g   a n d   B a y e s i a n   n e t w o r k   f o r   f a u l t   d e t e c t i o n   a n d   p r e d i c t i o n   o f   c o m p l e x   e n g i n e e r e d   sy s t e ms , ”   R e l i a b i l i t y   E n g i n e e r i n g   &  S y st e m   S a f e t y ,   v o l .   2 1 5 ,   N o v .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . r e ss. 2 0 2 1 . 1 0 7 8 0 8 .   [ 8 ]   A .   El - A w a d y   a n d   K .   P o n n a m b a l a m ,   “ I n t e g r a t i o n   o f   si mu l a t i o n   a n d   M a r k o v   c h a i n s   t o   su p p o r t   B a y e s i a n   n e t w o r k s  f o r   p r o b a b i l i st i c   f a i l u r e   a n a l y si s   o f   c o mp l e x   sy st e m s, ”   Re l i a b i l i t y   En g i n e e ri n g   &   S y s t e m   S a f e t y ,   v o l .   2 1 1 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . r e s s.2 0 2 1 . 1 0 7 5 1 1 .   [ 9 ]   D .   K a u r   e t   a l . ,   “ A p p l i c a t i o n   o f   B a y e s i a n   n e t w o r k s  t o   g e n e r a t e   sy n t h e t i c   h e a l t h   d a t a , ”   J o u rn a l   o f   t h e   A m e ri c a n   M e d i c a l   I n f o rm a t i c s A ss o c i a t i o n ,   v o l .   2 8 ,   n o .   4 ,   p p .   8 0 1 – 8 1 1 ,   D e c .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 9 3 / j a m i a / o c a a 3 0 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   2 1 8 1 - 2 1 9 1   2190   [ 1 0 ]   A .   V .   M a k k u v a   e t   a l . ,   “ A t t e n t i o n   w i t h   M a r k o v :   a   f r a mew o r k   f o r   p r i n c i p l e d   a n a l y si s   o f   t r a n sf o r mers   v i a   M a r k o v   c h a i n s, ”   a rXi v   p re p ri n t   a rXi v : 2 4 0 2 . 0 4 1 6 1 ,  2 0 2 4 .   [ 1 1 ]   G .   W o l f e r   a n d   S .   W a t a n a b e ,   “ G e o m e t r i c   a s p e c t s   o f   d a t a - p r o c e ss i n g   o f   M a r k o v   c h a i n s, ”   T r a n s a c t i o n s  o f   M a t h e m a t i c s   a n d   I t s   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   8 ,   n o .   1 ,   M a y   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 9 3 / i m a t r m / t n a e 0 0 1 .   [ 1 2 ]   W .   W a n g   a n d   T .   O sara g i ,   “ G e n e r a t i n g   a n d   u n d e r st a n d i n g   h u ma n   d a i l y   a c t i v i t y   se q u e n c e s  u si n g   t i me - v a r y i n g   M a r k o v   c h a i n   mo d e l s , ”   T r a v e l   Be h a v i o u r  a n d   S o c i e t y ,   v o l .   3 4 ,   Ja n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . t b s.2 0 2 3 . 1 0 0 7 1 1 .   [ 1 3 ]   A .   W a q a r ,   “ I n t e l l i g e n t   d e c i s i o n   s u p p o r t   sy s t e ms   i n   c o n st r u c t i o n   e n g i n e e r i n g :   a n   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e   a n d   mac h i n e   l e a r n i n g   a p p r o a c h e s, ”   E x p e rt   S y st e m s  w i t h   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   2 4 9 ,   S e p .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e sw a . 2 0 2 4 . 1 2 3 5 0 3 .   [ 1 4 ]   A .   P a t n a i k   a n d   K .   P .   K . ,   “ I n t e l l i g e n t   d e c i s i o n   s u p p o r t   s y s t e m  i n   h e a l t h c a r e   u s i n g   m a c h i n e   l e a r n i n g   m o d e l s,”   R e c e n t   Pa t e n t s  o n   En g i n e e ri n g ,   v o l .   1 8 ,   n o .   5 ,   J u l .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 2 1 7 4 / 1 8 7 2 2 1 2 1 1 8 6 6 6 2 3 0 6 0 6 1 4 5 7 3 8 .   [ 1 5 ]   T.   X u ,   Y .   X u ,   D .   W a n g ,   S .   C h e n ,   W .   Zh a n g ,   a n d   L .   F e n g ,   “ P a t h   p l a n n i n g   f o r   a u t o n o m o u s  a r t i c u l a t e d   v e h i c l e   b a sed   o n   i m p r o v e d   g o a l - d i r e c t e d   r a p i d - e x p l o r i n g   r a n d o m  t r e e , ”   M a t h e m a t i c a l   Pr o b l e m s  i n   En g i n e e r i n g ,   v o l .   2 0 2 0 ,   p p .   1 – 1 4 ,   M a y   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 2 0 / 7 1 2 3 1 6 4 .   [ 1 6 ]   V .   M u n e e sw a r a n ,   P .   N a g a r a j ,   a n d   M .   F .   I j a z ,   “ A n   a r t i c u l a t e d   l e a r n i n g   m e t h o d   b a s e d   o n   o p t i m i z a t i o n   a p p r o a c h   f o r   g a l l b l a d d e r   seg m e n t a t i o n   f r o m  M R C P   i ma g e s  a n d   a n   e f f e c t i v e   I o T - b a se d   r e c o m men d a t i o n   f r a mew o r k , ”   i n   S t u d i e s  i n   C o m p u t a t i o n a l   I n t e l l i g e n c e ,   v o l .   1 0 2 1 ,   S .   M i s h r a ,   A .   G o n z á l e z - B r i o n e s,  A .   K .   B h o i ,   P .   K .   M a l l i c k ,   a n d   J.  M .   C o r c h a d o ,   E d s .   C h a m:   S p r i n g e r   I n t e r n a t i o n a l   P u b l i s h i n g ,   2 0 2 2 ,   p p .   1 6 5 – 1 7 9 .   [ 1 7 ]   A .   Jai n   e t   a l . ,   “ A n   e n h a n c e d   sel f - l e a r n i n g - b a s e d   c l u st e r i n g   sc h e m e   f o r   r e a l - t i me  t r a f f i c   d a t a   d i st r i b u t i o n   i n   w i r e l e ss  n e t w o r k s, ”   H e l i y o n ,   v o l .   9 ,   n o .   7 ,   Ju l .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . h e l i y o n . 2 0 2 3 . e 1 7 5 3 0 .   [ 1 8 ]   X .   H o u ,   W .   H u ,   a n d   M .   L u o ,   “ S h o r t - t e r m  w i n d   f a r m  c l u st e r   p o w e r   p o i n t - i n t e r v a l   p r e d i c t i o n   b a s e d   o n   g r a p h   sp a t i o - t e mp o r a l   f e a t u r e s  a n d   S - S t a c k i n g   c o m b i n e d   r e c o n s t r u c t i o n , ”   H e l i y o n ,   v o l .   1 0 ,   n o .   1 4 ,   Ju l .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . h e l i y o n . 2 0 2 4 . e 3 3 9 4 5 .   [ 1 9 ]   D .   W .   W a j g i   a n d   J.  V   T e m b h u r n e ,   “ Lo c a l i z a t i o n   i n   w i r e l e ss  s e n s o r   n e t w o r k s  a n d   w i r e l e ss   mu l t i me d i a   se n s o r   n e t w o r k s  u si n g   c l u st e r i n g   t e c h n i q u e s , ”   Mu l t i m e d i a   T o o l s  a n d   Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   8 3 ,   n o .   3 ,   p p .   6 8 2 9 – 6 8 7 9 ,   Ju n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 1 0 4 2 - 023 - 1 5 9 5 6 - z.   [ 2 0 ]   S. - K .   H a n ,   “ U s e   o f   f i b r i n   g l u e   t o   s u p p o r t   w o u n d   h e a l i n g , ”   i n   I n n o v a t i o n s  a n d   Ad v a n c e s  i n   W o u n d   H e a l i n g ,   S p r i n g e r   N a t u r e   S i n g a p o r e ,   2 0 2 3 ,   p p .   1 2 7 – 1 3 9 .   [ 2 1 ]   A .   S h a y a k h me t o v a ,   N .   Li t v i n e n k o ,   O .   M a m y r b a y e v ,   W .   W ó j c i k ,   a n d   D .   Z h a m a n g a r i n ,   “ C y c l e s  i n   B a y e si a n   n e t w o r k s, ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r o n i c s   a n d   T e l e c o m m u n i c a t i o n s ,   p p .   1 8 1 – 1 8 6 ,   D e c .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 2 4 4 2 5 / i j e t . 2 0 2 1 . 1 3 5 9 6 2 .   [ 2 2 ]   A .   A k h me t o v a ,   A .   S h a y a k h me t o v a ,   A .   K h a b d u a l i ,   M .   S h u r e n o v ,   a n d   A .   S u l t a n g a z i y e v a ,   “ T h e   s y st e m  o f   f i n d i n g   p e o p l e   i n   a n   e merg e n c y   si t u a t i o n ,”   J o u r n a l   o f   T h e o re t i c a l   a n d   Ap p l i e d   I n f o rm a t i o n   T e c h n o l o g y ,  v o l .   1 0 0 ,   n o .   9 ,   p p .   2 9 2 4 – 2 9 3 4 ,   2 0 2 2 .   [ 2 3 ]   K .   A l i m h a n ,   N .   Ta s b o l a t u l y ,   a n d   A .   Y e r d e n o v a ,   “ G l o b a l   o u t p u t   t r a c k i n g   c o n t r o l   f o r   h i g h - o r d e r   n o n - l i n e a r   sy st e ms  w i t h   t i m e - v a r y i n g   d e l a y s , ”   J o u r n a l   o f   T h e o ret i c a l   a n d   A p p l i e d   I n f o rm a t i o n   T e c h n o l o g y ,   v o l .   9 9 ,   n o .   1 3 ,   p p .   3 3 3 7 – 3 3 5 2 ,   2 0 2 1 .   [ 2 4 ]   K .   A l i mh a n ,   N .   O t s u k a ,   M .   N .   K a l i m o l d a y e v ,   a n d   N .   Ta s b o l a t ,   “ P r a c t i c a l   o u t p u t   t r a c k i n g   f o r   a   c l a ss  o f   u n c e r t a i n   n o n l i n e a r   t i m e - d e l a y   s y st e ms  v i a   s t a t e   f e e d b a c k , ”   M ATEC  We b   o f   C o n f e r e n c e s ,   v o l .   1 8 9 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 5 1 / ma t e c c o n f / 2 0 1 8 1 8 9 1 0 0 2 7 .   [ 2 5 ]   K .   A l i mh a n ,   M .   N .   K a l i m o l d a y e v ,   A .   A .   A d a m o v ,   O .   M a m y r b a y e v ,   N .   Ta sb o l a t u l y ,   a n d   A .   S m o l a r z ,   “ F u r t h e r   r e su l t s   o n   o u t p u t   t r a c k i n g   f o r   a   c l a ss   o f   u n c e r t a i n   h i g h - o r d e r   n o n l i n e a r   t i me - d e l a y   s y s t e ms, ”   Przeg l a d   E l e k t r o t e c h n i c z n y ,   v o l .   9 5 ,   n o .   5 ,   p p .   8 8 – 9 1 ,   M a y   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 5 1 9 9 / 4 8 . 2 0 1 9 . 0 5 . 2 2 .   [ 2 6 ]   N .   K .   K i t s o n ,   A .   C .   C o n s t a n t i n o u ,   Z.   G u o ,   Y .   L i u ,   a n d   K .   C h o b t h a m,   “ A   su r v e y   o f   B a y e si a n   n e t w o r k   st r u c t u r e   l e a r n i n g , ”   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   Re v i e w ,   v o l .   5 6 ,   n o .   8 ,   p p .   8 7 2 1 – 8 8 1 4 ,   J a n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 0 4 6 2 - 0 2 2 - 1 0 3 5 1 - w.   [ 2 7 ]   M .   S c u t a r i   a n d   J . - B .   D e n i s ,  Ba y e s i a n   n e t w o rks:  w i t h   e x a m p l e s  i n   R ,   C h a p m a n   a n d   H a l l / C R C ,   2 0 2 1 .     [ 2 8 ]   D .   H e c k e r ma n   a n d   D .   G e i g e r ,   “ L i k e l i h o o d s   a n d   p a r a me t e r   p r i o r s   f o r   B a y e si a n   n e t w o r k s , ”   a rXi v   p r e p r i n t   a rXi v : 2 1 0 5 . 0 6 2 4 ,    2 0 2 1 .   [ 2 9 ]   A .   O r y n b a y e v a ,   N .   S h y n d a l i y e v ,   a n d   A .   A r i p b a y e v a ,   “ I mp r o v i n g   st a t i st i c a l   me t h o d s   o f   d a t a   p r o c e ssi n g   i n   m e d i c a l   u n i v e r si t i e s   u si n g   ma c h i n e   l e a r n i n g , ”   W o r l d   T ra n sa c t i o n s   o n   En g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y   E d u c a t i o n ,   v o l .   2 1 ,   n o .   1 ,   p p .   5 8 – 6 3 ,   2 0 2 3 .   [ 3 0 ]   G .   A b d i k e r i m o v a   e t   a l . ,   “ D e t e c t i o n   o f   l u n g   p a t h o l o g y   u si n g   t h e   f r a c t a l   me t h o d , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   En g i n e e ri n g ,   v o l .   1 3 ,   n o .   6 ,   p p .   6 7 7 8 – 6 7 8 6 ,   D e c .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 1 3 i 6 . p p 6 7 7 8 - 6 7 8 6 .   [ 3 1 ]   A .   S h e k e r b e k ,   S .   S e r i k b a y e v a ,   M .   T u l e n b a y e v ,   G .   B a k a n o v ,   S .   B e g l e r o v a ,   a n d   A .   M a k o v e t sk a y a ,   “ A p p l i c a t i o n   o f   ma t h e ma t i c a l   met h o d s   a n d   m a c h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h ms   f o r   c l a ss i f i c a t i o n   o f   X - r a y   i m a g e s, ”   Ea s t e r n - E u ro p e a n   J o u r n a l   o f   E n t e rp r i se   T e c h n o l o g i e s ,   v o l .   3 ,   n o .   2 ,   p p .   6 – 1 7 ,   Ju n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 5 5 8 7 / 1 7 2 9 - 4 0 6 1 . 2 0 2 2 . 2 5 9 7 1 0 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       As se m   S h a y a k h m e to v a           in   2 0 0 4 ,   sh e   g ra d u a ted   fro m   t h e   Ab a i  Ka z a k h   Na ti o n a l   p e d a g o g ica l  u n i v e rsity   wit h   a   d e g re e   in   c o m p u ter  sc ien c e .   I n   2 0 0 6 ,   sh e   re c e iv e d   a   m a ste r' s   d e g re e   in   c o m p u ter  sc ien c e .   In   2 0 1 6 ,   s h e   g ra d u a ted   fro m   t h e   d o c to ra l  p ro g ra m   Ka z a k h   Na ti o n a l  Tec h n ica l  Un iv e rsit y   n a m e d   a fter  K.I.   S a tb a y e v ,   s p e c ialty   6 D 0 7 3 0 0   -   In f o rm a ti o n   sy ste m s.  In   2 0 1 7   sh e   d e fe n d e d   h e r  d o c t o ra l  d isse rtatio n   a n d   re c e iv e d   a   P h . D.   d e g re e .   S h e   is  t h e   a u th o r   o f  m o re   th a n   5 0   wo r k s  a n d   p a rti c ip a ti o n   wi th   re p o rts  i n   in tern a ti o n a l  c o n fe re n c e s  i n   c o u n tr ies   fa r  a n d   n e a r  a b ro a d   a n d   in   Ka z a k h sta n .   I n   2 0 1 8 - 2 0 2 0   wa s  th e   sc ien ti fic  d irec to r  o f   th e   G F   p ro jec t  No .   AP0 5 1 3 1 2 9 3   “ De v e lo p m e n t  a n d   so ftwa re   imp l e m e n tatio n   o f  a   p a c k a g e   o f   a p p li c a ti o n   p r o g ra m s  fo r  so lv i n g   a p p li e d   p ro b lem s  o n   Ba y e sia n   n e two rk s ” .   C u rre n tl y ,   sh e   i s   th e   sc ien ti fic  d irec to r  o f   th e   AP   9 6 7 9 1 4 2   p r o jec t  “ S e a rc h   fo r   o p ti m a l  so lu ti o n s  in   Ba y e sia n   n e two rk s   in   m o d e ls  wit h   li n e a r  c o n stra in ts  a n d   l in e a r  f u n c ti o n a ls.   De v e lo p m e n t   o f   a lg o rit h m s   a n d   p ro g ra m s ”   (2 0 2 3 - 2 0 2 5 ).   He r  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   d e v e l o p m e n ts  in   c o m p u ter  sc ien c e ,   d a ta  m in in g ,   a rti f icia l  in tell ig e n c e ,   a n d   wo r k in g   wit h   Ba y e sia n   n e two rk s .   S h e   is  a   P h . D. ,  a ss o c iate   p ro fe ss o r   a t  t h e   De p a rt m e n t  o f   Artifi c ial   In tell ig e n c e   a n d   Bi g   Da ta  a t  t h e   Al - F a ra b i   Ka z a k h   Na ti o n a l  U n iv e rsit y .   S h e   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :   a se m sh a y a k h m e to v a @m a il . r u .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.