CN103838977A - 一种基于因素空间的对象分类方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于因素空间的对象分类方法,其特征在于,基于因素空间理论对多域值属性影响对象集合进行聚类分析,提出了以研究对象为中心的图形化域值属性表示方法属性圆,属性圆可以表示无穷多个域属性对对象的影响;其包括如下步骤:先基于属性圆概念进行对象的相似性分析,后为计算方便将图形定义转化为数值相似性定义,进而研究了对象集合的聚类分析方法;本发明可用于考虑多域值属性影响对象集合进行聚类分析。
Description
技术领域
本发明涉及系统工程,特别是涉及考虑多域值属性影响的对象集合进行聚类分析。
背景技术
在对某电器系统安全性进行调研时,对一位操作者提出系统安全性问题后的回答:系统在12℃以下多出现故障,工作七八十天后故障较多,系统严重不稳定。这个例子有一些特点,第一例子是一个多因素决策系统;第二因素的表达是一个域值,即因素是一个范围;第三基础数据来源于多个使用者的经验,不同的工作时间和工作环境使他们对系统的评价基础不同;第四基础数据是人的一种对事物的描述,具有模糊性。第五如何知晓这些描述的置信度,这些描述是否可以相互佐证。
当然,目前有一些方法可以对描述语义进行处理。钱怡等对对象定位处理中分类信息融合技术进行了研究;余晓敏等利用改进SEaTH算法研究了面向对象分类特征选择方法;窦丹丹等基于信息熵和SVM多分类对飞机液压系统故障进行了诊断;牛俊磊等基于全方位优化算法的改进了马田系统分类方法;黄恒秋等实现了混合值不完备决策信息系统的粗糙分类方法。但是就上述例子而言显得捉襟见肘。
因素是分析事物属性与因果关联的要素。因素空间是以因素命名的坐标空间,它是事物描述的普适性的数学框架。是人工智能特别是智能数据科学的基本数学理论。
因素被数学地定义为一种映射。它把一个对象(具体事物)映射成为一个属性值(用自然语言中的形容词来描述),这种映射称为质映射;同时,也映射成为一个性态(用有限维欧式空间中的实向量来表示)这种映射称为量映射。例如,身高是一个映射,它把一个对象张三映射成性态‘很高’,同时,也映射成一个量态1.8(米),如图1所示。任何事物都同时存在着质与量的两种规定性。从量变到质变,量决定质。
基于这一哲理,我们设定这两种映射共存。因素f的量映射形成一个(一维或高维)坐标轴Xf,f的质映射所得的属性值是Xf中的普通或模糊子集。有关模糊子集的形成方法由模糊集理论早已解决。
因素是分析,是抽象,回到具体,便是认识的分析综合过程。 如图所示,把诸因素轴联合起来,就得到以因素命名的坐标架,这就是因素空间。任何事物都可以被看成是因素空间中的点。数学的定义便是以因素F 为指标集的一个集合族。这里F是诸因素所形成的一个集合,由于因素与因素之间存在着布尔运算,F是一个布尔代数,故因素空间被定义成以布尔代数为指标集的集合族。
因素库是一种新的数据库,它是因素空间理论的数据实现,它对数据的处理采用一系列的基本表格形式。
用因素空间来研究和处理因素库,除了能干净利落地从其概念分析表进行属性划分和概念格的提取外,还有很多更加深入的理论和应用,主要研究的表型还有:(1)因素分析表(定量值域生成定性值域,因素相关分析,事件因果分析);(2)加入目标因素进行优化的多目标决策表;(3)加入安全因素进行评估的安全警示表;(4)加入控制因素进行调节的稳定调节表;(5)因素词典及因素表头库的建立。
发明内容
1 属性圆的概念及性质
如图1所示,为人的因素空间性态表述图。该图能表示因素空间的基本建立思想,即对象集中的某一个对象(一个人)与这个对象属性之间的关系,只要属性确定下来,那么一个实例化的人就确定了。但是在实际问题中,问题的研究对象往往属性较多,使用图1形式,其属性的大小方向及它们和属性之间的关系难以确定且不直观,难以进行进一步分析。所以作者提出了属性圆的概念。同时为表述方便先给出实例中对象 的属性圆,如图2所示。
定义3 属性圆是一个单位圆,即半径为1,每一个属性圆代表一个对象集中的对象。属性圆周上某一点与圆心的连线为属性域线(下文简称“域线”)代表了该对象的一个属性范围,域线长为1。在域线上,表示属性域值的起点,表示属性域值的终点。在属性圆中的线段用表示,表示属性圆中任意的两个点,如域线表示为。属性角为域线与之间的夹角。属性圆中的面积使用表示,表示属性圆中任意的多个点,这些点按照出现顺序能组成凸多边形。属性圆定义的规则可总结规则如式(1)所示。
式中参数见定义1及定义2。
2 基于属性圆的分类方法
为进行分类方法的说明,先给出与的相似性定义图,如图3所示。首先从几何图示的角度给出对象相似的概念。如图2中,表示了一个凸多边形,其意义为同时表示了对象在属性上其特征的大小。图3表示与的属性圆图的重叠图(请注意,与中面积的底纹不同),那么与的重叠部分可以较大程度的反应与关于属性的相似程度。
但是明显地使用上述方法确定与的相似程度存在困难。上述方法与的重叠部分同时反映了与关于两个属性的相似程度,不能就单一属性确定。另一方面与的重叠部分需要通过复杂的解析手段才能确定。对于工程应用要求简便快捷的特点显然是不满足的。因此将相似的属性圆思想转化为数值计算方法进行定义和使用。
(2)
上述定义的具体体现可见图3表征。
附图说明
图1人的因素空间性态表述。
具体实施方式
任何理论的价值在于其可以处理实际的问题。上述理论的形成也是从实际问题中提炼出来的。
在对一个电器系统进行可靠性分析时,调研了7位使用过该系统的人员,他们给出了对系统可靠性的评价语言论述。由于他们工作调度等方面的原因使他们操作系统的环境不同。实际上,就系统中元件发生故障概率而言,其影响因素是多样的。比如电器系统中的二极管,它的故障概率就与工作时间的长短、工作温度的大小、通过电流及电压等有直接关系。如果对这个系统进行分析,各个元件的工作时间和工作适应的温度等可能都不一样,随着系统整体的工作时间和环境温度的改变,系统的安全性也是不同的[10]。所以他们给出的系统可靠性评价的基础环境是不同的。
使用论文提出的方法试图将这些操作人员的描述进行分类,如果得到的对象集(语义描述集合)分类与决策集分类相同,那么说明这些操作人员对系统可靠性评价是客观的,可以相互佐证;如果对象集分类与决策集分类不对应,那么要增加其他操作者的评价才能进一步确定表述的准确性。
根据现场调研情况,如某位操作者的回答为:系统在12℃以下多出现故障,工作七八十天后故障较多,系统严重不稳定(由于篇幅所限,7个表述不都给出)。该系统一般100天大修一次,设定使用时间的域范围为[0,100]d;使用温度考虑到系统位于北方户外且有一定的保护,设定其域范围为[0,40]℃;湿度是根据工作期间的季节气候大体确定的。
定义系统,7位被调查者的描述为对象集合,为第i位被调查者的意见,。系统的使用时间,使用温度和湿度为系统的条件属性集合,为使用温度,为使用时间,为湿度。,和是连续的范围值,根据被调查者提供的意见将,和归一化,如可将该位操作者的回答作为,定量为使用温度[0,12]℃,使用时间[70,95]d和使用湿度的安全情况描述,归一化,,,同理,。决策等级分别表示安全等级为一到三级,为“不可靠”、“一般可靠”、“很可靠”。得到基础信息决策表,如表1所示。撇开决策集D研究对象集与属性集的属性圆表示,的属性圆已给出,的属性圆如图组4所示。根据表1,定义5和6,得到对象相似表,如表2所示。
表2 对象相似表
Claims (9)
1.一种基于因素空间的对象分类方法,其特征在于,基于因素空间理论对多域值属性影响对象集合进行聚类分析,提出了以研究对象为中心的图形化域值属性表示方法属性圆,属性圆可以表示无穷多个域属性对对象的影响;其包括如下步骤:先基于属性圆概念进行对象的相似性分析,后为计算方便将图形定义转化为数值相似性定义,进而研究了对象集合的聚类分析方法;本发明可用于考虑多域值属性影响对象集合进行聚类分析。
9.一种基于因素空间的对象分类方法,其特征在于,实施的聚类原则为:严格遵照相似与不相似划分,参考模糊相似划分。
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CN201410113282.6A CN103838977A (zh) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | 一种基于因素空间的对象分类方法 |
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Non-Patent Citations (3)
Title |
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李新光 等: "基于属性图模型的图像相似性度量", 《第十五届全国图象图形学学术会议论文集》 * |
汪培庄: "因素空间与因素库", 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 * |
白雪: "聚类分析中的相似度度量及其应用研究", 《中国优秀博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
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