面向自動(dòng)推薦的表示方法規(guī)則的形式化表達(dá)研究

江　南，馬　健，武麗麗，孫啟松

(信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052)

JIANGNan,MAJian,WULili,SUNQisong

面向自動(dòng)推薦的表示方法規(guī)則的形式化表達(dá)研究

江南，馬健，武麗麗，孫啟松

(信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450052)

TheFormalizationExpressionofRepresentationMethodRulesOrientedtoAutomaticRecommendation

JIANGNan,MAJian,WULili,SUNQisong

摘要：在利用專題制圖軟件制作統(tǒng)計(jì)專題地圖時(shí)，普通用戶由于沒有表示方法知識(shí)，無(wú)法選擇合適的表示方法表達(dá)專題要素。為了解決這一問(wèn)題，本文將表示方法規(guī)則嵌入到制圖軟件中，深入研究了面向自動(dòng)推薦的表示方法規(guī)則的形式化表達(dá)策略。先后介紹了表示方法規(guī)則的特征、表示方法簡(jiǎn)單規(guī)則和組合規(guī)則的形式化表達(dá)策略、表示方法規(guī)則的運(yùn)行機(jī)制，最后進(jìn)行了可用性試驗(yàn)，說(shuō)明該形式化表達(dá)策略具有一定的理論和應(yīng)用價(jià)值。

引文格式： 江南，馬健，武麗麗,等. 面向自動(dòng)推薦的表示方法規(guī)則的形式化表達(dá)研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(9)：36-38.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0273

關(guān)鍵詞：自動(dòng)推薦；表示方法規(guī)則；形式化表達(dá)；運(yùn)行機(jī)制；可用性試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2015)09-0036-03

收稿日期：2014-09-22

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(41271450)

作者簡(jiǎn)介：江南(1964—)，女，教授，主要研究方向?yàn)閷ｎ}地圖研究。E-mail: 907502746@qq.com

一、引言

隨著統(tǒng)計(jì)專題制圖進(jìn)入制圖大眾化時(shí)代，各種形式的專題制圖軟件涌現(xiàn)出來(lái)，網(wǎng)絡(luò)的普及更是讓沒有專業(yè)制圖知識(shí)的普通用戶在網(wǎng)上能夠方便地利用軟件制作統(tǒng)計(jì)專題地圖，但效果卻不理想。通過(guò)將普通用戶與專業(yè)制圖者的地圖作品進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，表示方法的選擇與地圖表達(dá)效果有重要的關(guān)系。專題地圖表示方法是表示統(tǒng)計(jì)專題地圖中專題要素及其各方面特征的相對(duì)穩(wěn)定的圖形組合方式[1]。表示方法的選擇直接影響著地圖信息傳輸?shù)挠行浴Ｈ绻茍D軟件能夠自動(dòng)推薦合適的表示方法，會(huì)提高普通用戶選擇表示方法的合理性。但根據(jù)專家制圖經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的表示方法知識(shí)尚不能直接移植到制圖軟件中，必須將表示方法知識(shí)進(jìn)行有效的形式化表達(dá)。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)表示方法自動(dòng)推薦的研究[2-4]由于普遍忽略了表示方法的形式化表達(dá)問(wèn)題，因而不是非常實(shí)用。綜上，本文對(duì)表示方法規(guī)則的形式化表達(dá)方法展開系列研究。

本文首先對(duì)面向自動(dòng)推薦的表示方法規(guī)則的特征進(jìn)行了深入研究，在此基礎(chǔ)上分別對(duì)表示方法規(guī)則的表達(dá)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，繼而以實(shí)例說(shuō)明了其運(yùn)行機(jī)制，并進(jìn)行了可用性試驗(yàn)，說(shuō)明本文的形式化表達(dá)策略具有一定的理論和應(yīng)用價(jià)值。

二、面向自動(dòng)推薦的表示方法規(guī)則特征研究

表示方法規(guī)則的研究是將其形式化表達(dá)的前提，也是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)專題制圖表示方法自動(dòng)推薦的基礎(chǔ)。概括來(lái)說(shuō)，面向自動(dòng)推薦的表示方法規(guī)則有如下特點(diǎn)[5-6]：

1) 表示方法規(guī)則是“條件—結(jié)論”形式，規(guī)則條件與專題要素特征有關(guān)。由于表示方法規(guī)則內(nèi)容的大體形式為在某種情況下選擇何種表示方法，因此其描述方法是一種“條件—結(jié)論”形式。表示方法規(guī)則條件與專題要素特征有關(guān)，專題要素的特征決定了選擇何種表示方法，具體可分為要素類型、要素間關(guān)系和要素?cái)?shù)據(jù)差異度3個(gè)方面：

a. 要素類型包括單要素、復(fù)合要素和多要素。單要素是指與其他要素?zé)o相關(guān)關(guān)系的單個(gè)專題要素，又可分為數(shù)值型單要素和字符型單要素兩種；復(fù)合要素是指含有某種相關(guān)關(guān)系的多個(gè)專題要素的組合；多要素是指包括多個(gè)單要素或復(fù)合要素的一組專題要素。記錄表示方法能夠表達(dá)的要素類型，就可以根據(jù)具體的要素類型篩選出部分表示方法。

b. 要素關(guān)系是針對(duì)復(fù)合要素的特征屬性，具體可分為結(jié)構(gòu)關(guān)系、時(shí)序關(guān)系、對(duì)比關(guān)系、方向關(guān)系4類[7]。記錄表示方法能夠表達(dá)的復(fù)合要素具體的關(guān)系類型，可作為進(jìn)一步推薦合適的表示方法的依據(jù)。

c. 要素?cái)?shù)據(jù)差異度是針對(duì)數(shù)值型單要素的特征屬性。數(shù)據(jù)的差異度是一組數(shù)據(jù)的最大值與最小值的相對(duì)差距。根據(jù)差異度的大小可以分為差異度大、差異度適中、差異度小3種情況。記錄表示方法能夠表達(dá)的數(shù)值型單要素的具體的差異度，也可作為進(jìn)一步推薦合適的表示方法的依據(jù)。

此外還需要特別指出，對(duì)于點(diǎn)狀要素只能采用點(diǎn)狀符號(hào)表示方法進(jìn)行表達(dá)，而對(duì)于面狀要素，不僅可以采用面狀符號(hào)表示方法，也可采用點(diǎn)狀符號(hào)表示方法進(jìn)行表達(dá)。

2) 表示方法規(guī)則結(jié)論可采用兩種推薦級(jí)別。表示方法的使用較為靈活，對(duì)于一組專題要素可能采用多種表示方法進(jìn)行表達(dá)，也可用多個(gè)表示方法組合表達(dá)，但表達(dá)效果卻有不同。本文將推薦的表示方法以較優(yōu)和可行兩種級(jí)別給出，供用戶從中選擇。

3) 表示方法規(guī)則采用抽象和具體兩種形式。前文指出，要素關(guān)系和要素?cái)?shù)據(jù)差異度分別是在要素類型基礎(chǔ)上的進(jìn)一步分類，規(guī)則如果沒有給定具體的要素關(guān)系和數(shù)據(jù)差異度，則是抽象的，反之是具體的。具體形式的規(guī)則的表達(dá)效果分為較優(yōu)與可行兩種級(jí)別，而抽象形式的規(guī)則由于沒有指定具體的要素特征，因而只具有“可行的表示方法”一種級(jí)別。具體規(guī)則較優(yōu)與可行的表示方法的總和就是相應(yīng)的抽象規(guī)則的可行表示方法的集合，如網(wǎng)格符號(hào)法適合表示數(shù)據(jù)差異度適中的情況，但也可適用于差異度大和差異度小的情況，只是效果不是很理想。這個(gè)規(guī)律能夠在規(guī)則形式化表達(dá)時(shí)減少冗余。

4) 表示方法規(guī)則可分為簡(jiǎn)單規(guī)則和組合規(guī)則兩種類型。簡(jiǎn)單規(guī)則是指結(jié)論為一個(gè)表示方法的規(guī)則，組合規(guī)則是指結(jié)論為多個(gè)表示方法相互組合共同表達(dá)專題要素的規(guī)則。但并不是任意兩種表示方法都能組合，表示方法組合規(guī)律與表示方法所對(duì)應(yīng)的符號(hào)類型密切相關(guān)。如果不考慮圖案視覺變量及點(diǎn)值法使用多個(gè)類型的點(diǎn)子的情況(這種情況在地圖作品中較少出現(xiàn))，表示方法組合規(guī)律為：面狀符號(hào)法(非點(diǎn)值法)、點(diǎn)狀符號(hào)法及點(diǎn)值法3類表示方法中只能選擇不同類的進(jìn)行組合，相同類的不能同時(shí)表達(dá)。在對(duì)表示方法規(guī)則形式化表達(dá)時(shí)顧及該規(guī)律，可大大減少規(guī)則的冗余。

三、表示方法規(guī)則的形式化表達(dá)研究

在上節(jié)對(duì)表示方法規(guī)則的特征研究的基礎(chǔ)上，對(duì)表示方法規(guī)則的形式化表達(dá)展開研究，分別介紹了簡(jiǎn)單規(guī)則和組合規(guī)則的表達(dá)策略，并以實(shí)例介紹了其運(yùn)行機(jī)制，最后簡(jiǎn)單地對(duì)其可用性進(jìn)行了分析。

1. 表示方法簡(jiǎn)單規(guī)則的表達(dá)

由于表示方法規(guī)則是“條件—結(jié)論”形式，因此可采用類似于產(chǎn)生式知識(shí)表示方法的結(jié)構(gòu)[8-9]進(jìn)行簡(jiǎn)單規(guī)則的表達(dá)。根據(jù)上文對(duì)規(guī)則條件的分析，簡(jiǎn)單規(guī)則的條件語(yǔ)句具體有5種類型：字符型單要素、數(shù)值型單要素、復(fù)合要素、具有差異度屬性描述的數(shù)值型單要素和具有關(guān)系特征描述的復(fù)合要素。在表示方法規(guī)則的結(jié)論語(yǔ)句中，以“EXCELLENT”“GENERAL”兩種優(yōu)先級(jí)別關(guān)鍵字分別表示較優(yōu)的表示方法和可行的表示方法。根據(jù)上文的分析，此時(shí)對(duì)于抽象形式的規(guī)則，只需以“GENERAL”關(guān)鍵字對(duì)可行的表示方法一一列舉；而對(duì)于具體形式的規(guī)則，只需以“EXCELLENT”關(guān)鍵字將較優(yōu)的表示方法列舉出來(lái)即可，其“GENERAL”部分可動(dòng)態(tài)求得，具體獲取方法是以對(duì)應(yīng)的抽象規(guī)則表示方法集合作為全集，求取該具體規(guī)則的較優(yōu)表示方法的補(bǔ)集。

例如，對(duì)于復(fù)合要素的表示方法規(guī)則的抽象形式和具體形式(只列舉一種)，可表達(dá)為：

IF復(fù)合要素THENGENERAL{柱狀符號(hào)法，餅狀符號(hào)法，格網(wǎng)符號(hào)法，玫瑰符號(hào)法}。

IF復(fù)合指標(biāo)[結(jié)構(gòu)關(guān)系]THENEXCELLENT{餅狀符號(hào)法}。

2. 表示方法組合規(guī)則的表達(dá)

為了減少規(guī)則的冗余及后續(xù)編輯修改的方便，本文將表示方法的組合規(guī)則設(shè)計(jì)為在運(yùn)行時(shí)能夠根據(jù)簡(jiǎn)單規(guī)則和約束條件[10]自動(dòng)推理生成的形式。

表示方法組合規(guī)則的約束條件是否合理有效直接決定推理結(jié)果的正確是否，根據(jù)前文的研究結(jié)果，表示方法規(guī)則的約束條件有兩個(gè)：

1) 約束1：非點(diǎn)值法的面狀符號(hào)表示法、點(diǎn)值法、點(diǎn)狀符號(hào)表示法每種類型至多只能包含一種。

2) 約束2：點(diǎn)狀要素只能采用點(diǎn)狀符號(hào)表示法進(jìn)行表達(dá)，線狀要素只能采用線狀符號(hào)表示法進(jìn)行表達(dá)，面狀要素可用面狀符號(hào)表示法或點(diǎn)狀符號(hào)表示法表示。

表示方法組合規(guī)則的推理方法直接影響推薦合適的表示方法的效率，從提高效率和準(zhǔn)確率的角度，其具體的推理過(guò)程如圖1所示，包含如下幾個(gè)步驟：

1) 從制圖要素中篩選是否含有字符型單要素，若存在則在約束條件限制下對(duì)該要素選擇表示方法，然后對(duì)剩余的要素繼續(xù)進(jìn)行查找，由于字符型單要素表示方法唯一確定，首先判斷。

圖1　表示方法組合規(guī)則的推理

2) 從所有剩余的n個(gè)要素中，選擇n-1個(gè)要素，選擇原則是先選擇復(fù)合要素，復(fù)合要素?cái)?shù)目不滿足n-1時(shí)，補(bǔ)充選擇數(shù)值型單要素(優(yōu)先提取復(fù)合要素，是由于無(wú)論是單個(gè)復(fù)合要素還是包含復(fù)合要素的多要素，其對(duì)應(yīng)的表示方法始終屬于點(diǎn)狀符號(hào)表示法，較為明確)。

3) 對(duì)于此n-1個(gè)要素，在約束1和約束2的共同作用下選擇表示方法，若不能從簡(jiǎn)單規(guī)則中找到滿足條件的規(guī)則，從n-1個(gè)要素中按照步驟2)的選擇原則繼續(xù)選取n-2個(gè)要素，遞歸直到在約束1和約束2限制下從簡(jiǎn)單規(guī)則中找到合適的表示方法或確定不存在可采用的表示方法(若存在多個(gè)可選擇的表示方法策略，分別進(jìn)行步驟3)、步驟4)，以推薦所有可采用的表示方法)。

4) 回到上一層為未選擇的要素(如在n-2個(gè)要素找到表示方法，則n-1個(gè)要素中未選入n-2個(gè)要素的那個(gè)要素)在約束1和約束2限制下選擇表示方法。依此類推，直到將所有可采納的表示方法都選擇出來(lái)或沒有可用的表示方法時(shí)為止。

3. 表示方法規(guī)則的運(yùn)行實(shí)例

為了說(shuō)明表示方法規(guī)則的生成規(guī)則，下面以在地圖上同時(shí)表達(dá)“字符型單要素+數(shù)值型單要素[差異度大]”專題要素(兩個(gè)專題要素均為面狀要素)為例，說(shuō)明其運(yùn)行機(jī)制。

1) 提取字符型單要素，從簡(jiǎn)單規(guī)則中找到字符型單要素的表示方法為“質(zhì)底法”，此表示方法為面狀符號(hào)表示法(非點(diǎn)值法)。

2) 對(duì)于剩余的數(shù)值型單要素[差異度大]專題要素，從簡(jiǎn)單規(guī)則中找到具有差異度大特征的數(shù)值型單要素較優(yōu)的表示方法為等值區(qū)域法、分級(jí)符號(hào)法、柱狀符號(hào)法，結(jié)合數(shù)值型單要素的抽象規(guī)則可得到具有差異度大特征的數(shù)值型單要素可行的表示方法為：連續(xù)比率符號(hào)法、點(diǎn)值法、格網(wǎng)表示法。其中由于等值區(qū)域法不符合約束條件，不是可行的表示方法。由于只有一個(gè)專題要素，無(wú)須根據(jù)選取原則遞歸選取，因此規(guī)則運(yùn)行結(jié)束。

因此，此例中對(duì)于該專題要素組合得到的結(jié)論是：較優(yōu)表示方法——質(zhì)底法+分級(jí)符號(hào)法、質(zhì)底法+柱狀符號(hào)法；其他可行的表示方法——質(zhì)底法+點(diǎn)值法，質(zhì)底法+連續(xù)比率符號(hào)法、質(zhì)底法+格網(wǎng)表示法。

4. 表示方法規(guī)則的可用性試驗(yàn)

為了驗(yàn)證該形式化方法的有效性及對(duì)用戶制圖的指導(dǎo)意義，本文進(jìn)行了簡(jiǎn)單的試驗(yàn)。具體方法是請(qǐng)10名沒有制圖經(jīng)驗(yàn)的普通試驗(yàn)者(進(jìn)行兩次，分別在傳統(tǒng)制圖模式下和嵌入表示方法規(guī)則自動(dòng)推薦表示方法的制圖軟件中)、10名有多年制圖經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)試驗(yàn)者，對(duì)同一組專題要素選擇表示方法，然后請(qǐng)制圖專家對(duì)選擇的表示方法表達(dá)專題要素的效果進(jìn)行打分。本試驗(yàn)采用的人口專題數(shù)據(jù)的“人均收入”“人均消費(fèi)”和“私家車總量”，見表1。

表1

3組試驗(yàn)中選取的表示方法方案的種類和數(shù)目，以及每種方案專家打分結(jié)果見表2。

表2　表示方法選擇試驗(yàn)匯總

表2中，若表示方法方案中含有“+”，“+”左邊為“私家車總量”字段對(duì)應(yīng)的表示方法，右邊為“人均收入”和“每年人均消費(fèi)”字段應(yīng)的表示方法。對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可得3組試驗(yàn)者選擇表示方法的能力見表3。

從表3可以看出，在自動(dòng)推薦表示方法模式下普通試驗(yàn)者選擇表示方法的能力有了較大的提高，說(shuō)明本文對(duì)表示方法規(guī)則的形式化表達(dá)策略有一定的可用性和有效性。

表3　3組試驗(yàn)者選擇表示方法的能力

四、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前制圖軟件缺乏指導(dǎo)用戶有效地選擇合適的表示方法的機(jī)制的情況，對(duì)面向自動(dòng)推薦的表示方法規(guī)則的形式化表達(dá)技術(shù)展開研究，分別介紹了表示方法規(guī)則的特征、表示方法簡(jiǎn)單規(guī)則和組合規(guī)則的形式化表達(dá)策略、表示方法規(guī)則的運(yùn)行機(jī)制，并進(jìn)行了可用性試驗(yàn)。本文對(duì)表示方法知識(shí)的形式化表達(dá)的研究對(duì)如何進(jìn)一步將多種類型的專家制圖知識(shí)嵌入到制圖系統(tǒng)、提高專題制圖軟件的自動(dòng)化智能化水平有一定的參考價(jià)值。

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