基于粗糙集的報(bào)表重組方法

王文慶, 王　耀

(1.西安郵電大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 陜西 西安 710121;2.西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院， 陜西 西安 710121)

基于粗糙集的報(bào)表重組方法

王文慶1, 王耀2

(1.西安郵電大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 陜西 西安 710121;2.西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院， 陜西 西安 710121)

摘要:針對(duì)企業(yè)信息系統(tǒng)報(bào)表數(shù)據(jù)處理問題，提出基于粗糙集的報(bào)表解析重組方法。該方法運(yùn)用報(bào)表解析工具對(duì)報(bào)表進(jìn)行解析，引入“信息量”概念，并利用粗糙集屬性約簡(jiǎn)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)表指標(biāo)體系的篩選評(píng)價(jià)，確定出重要指標(biāo)。最后，再利用報(bào)表重組工具，對(duì)信息系統(tǒng)中的指標(biāo)進(jìn)行重新組裝。實(shí)例驗(yàn)證結(jié)果表明，該方法可實(shí)現(xiàn)多報(bào)表之間不同指標(biāo)的自由組合，生成新的報(bào)表，提高了報(bào)表開發(fā)的效率。

關(guān)鍵詞:報(bào)表解析；報(bào)表重組；粗糙集；信息量

經(jīng)營報(bào)表分析是企業(yè)掌握自身經(jīng)營狀況，并輔助經(jīng)營決策的基本措施和主要途徑，是企業(yè)經(jīng)營管理的重要組成部分[1-2]。各企業(yè)經(jīng)營報(bào)表的靈活度，是衡量每個(gè)企業(yè)綜合運(yùn)營能力的重要指標(biāo)，也是反映企業(yè)信息化程度的重要指標(biāo)[3]。目前，現(xiàn)有的技術(shù)方案是由業(yè)務(wù)部門初步提出需求，開發(fā)人員與業(yè)務(wù)部門確認(rèn)需求，再將設(shè)計(jì)報(bào)表樣式交給業(yè)務(wù)部門確認(rèn)，最終由開發(fā)人員根據(jù)確認(rèn)后的詳細(xì)需求開發(fā)出報(bào)表[4]。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的情況，現(xiàn)有的報(bào)表設(shè)計(jì)流程存在以下問題。

(1)傳統(tǒng)報(bào)表開發(fā)流程適用于需求變動(dòng)較小的報(bào)表需求。由于企業(yè)業(yè)務(wù)的擴(kuò)充，部分報(bào)表需求再開發(fā)過程中可能會(huì)發(fā)生新的需求修改，這就意味著需要開發(fā)人員重新與業(yè)務(wù)人員確認(rèn)報(bào)表開發(fā)需求。

(2)大多數(shù)企業(yè)的報(bào)表主要以靜態(tài)報(bào)表為主，不同報(bào)表中的指標(biāo)不能交互，存在相同的關(guān)鍵績效指標(biāo)(KeyPerformanceIndicators,KPI)，使得報(bào)表利用率較低。如何在現(xiàn)有報(bào)表中提煉出應(yīng)用者需要的報(bào)表體系，在當(dāng)前技術(shù)方案是不能實(shí)現(xiàn)的。

(3)新業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，原有的部分業(yè)務(wù)隨著業(yè)務(wù)演進(jìn)逐步淘汰，部分信息分析報(bào)表只能整體作廢，但這些報(bào)表中的部分指標(biāo)仍有意義，不能將其中有用的部分提取出來，供后續(xù)新增的報(bào)表使用，從而造成了資源的浪費(fèi)。

(4)目前的技術(shù)方案也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)重要指標(biāo)的篩選并進(jìn)行監(jiān)控。文獻(xiàn)[1-3]主要是通過各類型組件實(shí)現(xiàn)用戶自定義數(shù)據(jù)項(xiàng)和報(bào)表界面的功能，將報(bào)表的格式和數(shù)據(jù)分離，實(shí)現(xiàn)報(bào)表格式的自定義從而提高報(bào)表的靈活性，而不是針對(duì)報(bào)表之間數(shù)據(jù)的互通性，復(fù)用性，數(shù)據(jù)項(xiàng)還是從數(shù)據(jù)庫中獲取。

本文擬提出一種基于粗糙集屬性約簡(jiǎn)的報(bào)表解析重組方法，將報(bào)表進(jìn)行解析，利用粗糙集[5]和“信息量”概念[6]進(jìn)行報(bào)表指標(biāo)約簡(jiǎn)并確定指標(biāo)權(quán)重，最后對(duì)報(bào)表進(jìn)行重組。

1粗糙集理論與信息量

粗糙集理論是處理模糊和不確定知識(shí)的數(shù)學(xué)工具。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)刪除冗余信息，分析知識(shí)的粗糙度、屬性間的依賴性與重要性，生成分類或決策規(guī)則等[5]。

1.1信息系統(tǒng)

每個(gè)屬性子集P?A決定一個(gè)二元不可分關(guān)系IND(P)，信息系統(tǒng)S=(U,A,V,f)也可稱為知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)U/IND(A)。

設(shè)集合元素x,y∈U，如果(x,y)∈IND(P)，則稱x和y是等價(jià)的。等價(jià)關(guān)系IND(P)構(gòu)成了U的等價(jià)劃分，表示為

IND(P)={X1,X2,…,Xn}，

對(duì)于i≠j，i,j=1,2,…,n，有

Xi≠?，Xi≠Xj，

1.2屬性約簡(jiǎn)

定義2[8]設(shè)信息系統(tǒng)中屬性a∈A，如果

IND(A-{a})=IND(A)，

則稱屬性a在A中是不必要的(多余的)；否則，稱a在A中是必要的。

不必要的屬性在信息系統(tǒng)中是多余的，如果將它從系統(tǒng)中去掉，不會(huì)改變?cè)撓到y(tǒng)的分類能力。但是，若從系統(tǒng)中去掉必要的屬性，則一定會(huì)改變?cè)撓到y(tǒng)的分類能力。

定義3[9]信息系統(tǒng)中屬性集A中所有必要的屬性組成的集合稱為屬性集A的核，記作Core(A)。

定義4[10]設(shè)屬性子集P?A。如果

IND(P)=IND(A),

且P是獨(dú)立的，則稱P是A的一個(gè)約簡(jiǎn)。

1.3知識(shí)的信息量及重要性度量

將信息量概念引入信息系統(tǒng)。

定義5[6]設(shè)信息系統(tǒng)中，屬性子集P?A，且

U/IND(P)={X1,X2,…,Xn}，

則定義屬性子集P的信息量為

其中|Xi|表示集合Xi的基數(shù)，|Xi|/U表示等價(jià)類Xi在U中的概率。

定理1[11]設(shè)屬性子集P?A。若

U/IND(A)?U/IND(P),

則I(P)

定理2[11]設(shè)屬性子集P?A，則

IND(P)=IND(A)

當(dāng)且僅當(dāng)I(P)=I(A)。

定義6[6]屬性a∈A在A中的重要性定義為

sigA-{a}(a)=I(A)-I(A-{a})。

當(dāng)且僅當(dāng)sigA-{a}(a)>0時(shí)，屬性a∈A在A中是必要的。屬性集A的核

Core(A)={a∈A: sigA-{a}(a)>0} 。

定義7[12]若C?A，任意屬性a∈A-C(集合A和C的差)關(guān)于屬性子集C的重要性定義為

sigC(a)=sigC∪{a}-{a}(a)=

I(C∪{a})-I(C)。

屬性a∈A-C關(guān)于屬性集C的重要性由C中添加a后所引起的信息量的變化大小來度量。sigC(a)的值越大，說明屬性a∈A-C關(guān)于屬性集C就越重要。

2報(bào)表解析重組流程

運(yùn)用報(bào)表解析重組方法構(gòu)建報(bào)表解析、報(bào)表指標(biāo)分析和報(bào)表重組3個(gè)工具，對(duì)信息系統(tǒng)中的報(bào)表進(jìn)行解析，指標(biāo)分析并重新組裝，從而生成新的報(bào)表。圖1為報(bào)表重組的流程。

圖1　報(bào)表生成流程

由圖1可見，從信息系統(tǒng)現(xiàn)有報(bào)表中獲取數(shù)據(jù)，通過報(bào)表解析工具將報(bào)表數(shù)據(jù)解析出來，生成到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫物理表里，提供給報(bào)表指標(biāo)分析工具及報(bào)表重組工具，然后將信息推送給用戶。開發(fā)相應(yīng)的報(bào)表重組前臺(tái)界面，用戶可以根據(jù)需求對(duì)指標(biāo)進(jìn)行選擇，生成所需報(bào)表，報(bào)表生成之后進(jìn)行報(bào)表發(fā)布，或?qū)δ承┲笜?biāo)進(jìn)行監(jiān)控。

指標(biāo)解析重組流程如圖2所示。用戶從前臺(tái)界面發(fā)送報(bào)表解析信息，同時(shí)將報(bào)表刷新完成消息發(fā)送給報(bào)表解析工具，然后報(bào)表解析工具從信息分析系統(tǒng)中獲取滿足條件的報(bào)表物理數(shù)據(jù)，將報(bào)表內(nèi)容解析后生成到數(shù)據(jù)庫物理表里，同時(shí)生成報(bào)表解析完成消息，并將完成消息和數(shù)據(jù)提供給報(bào)表指標(biāo)分析工具和報(bào)表重組工具，然后用戶根據(jù)需求獲取KPI，進(jìn)行新報(bào)表的發(fā)布和實(shí)現(xiàn)KPI的監(jiān)控。

圖2　指標(biāo)解析重組流程

3基于粗糙集的報(bào)表重組方法

3.1構(gòu)建報(bào)表解析工具

報(bào)表解析工具是報(bào)表組裝系統(tǒng)中的重要組件，包括輸入、處理過程和輸出。報(bào)表解析原理如圖3所示，輸入端從信息系統(tǒng)獲取報(bào)表數(shù)據(jù)，根據(jù)報(bào)表類型(靜態(tài)報(bào)表，JSP報(bào)表，OLAP報(bào)表)得到報(bào)表存放的地址解析后，將解析出的各指標(biāo)數(shù)據(jù)輸入到后臺(tái)記錄KPI數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫物理表里，完成解析。獲取報(bào)表各指標(biāo)數(shù)據(jù)后，報(bào)表指標(biāo)分析和重組時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)表表之間的互通，根據(jù)需求獲取數(shù)據(jù)。

圖3　報(bào)表解析原理

報(bào)表解析的主要過程如下。

步驟1報(bào)表解析配置。為了方便解析配置，整個(gè)報(bào)表解析有專門的前臺(tái)界面支撐，在前臺(tái)界面上可對(duì)報(bào)表、報(bào)表的時(shí)間區(qū)間和地市等解析信息進(jìn)行相應(yīng)的選擇。

步驟2構(gòu)建報(bào)表解析后的表名稱。解析后的報(bào)表對(duì)應(yīng)唯一的后臺(tái)數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表中每個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)唯一的編碼。編碼由虛擬報(bào)表編碼、分頁編碼和指標(biāo)編碼共同組成。虛擬報(bào)表編碼由系統(tǒng)自動(dòng)生成，分頁編碼及指標(biāo)編碼由解析程序自動(dòng)識(shí)別生成。為了使表的各指標(biāo)操作方便，對(duì)報(bào)表中指標(biāo)作一個(gè)映射，分別對(duì)應(yīng)一個(gè)中文名稱。最后將解析出來的數(shù)據(jù)存放在報(bào)表對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表里。

步驟3報(bào)表界面分析。每個(gè)報(bào)表的界面都是由查詢區(qū)和結(jié)果區(qū)組成，查詢區(qū)為不同的查詢條件，結(jié)果區(qū)由指標(biāo)名稱、指標(biāo)維度、數(shù)據(jù)結(jié)果3部分組成。步驟2對(duì)結(jié)果區(qū)進(jìn)行了指標(biāo)唯一性確定，后臺(tái)數(shù)據(jù)存放還需要對(duì)查詢區(qū)的條件進(jìn)行解析，解析到后臺(tái)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫表指標(biāo)中，使結(jié)果具有通用性。

步驟4日常解析記錄及異常解析記錄。記錄解析步驟日志方便后期查看；當(dāng)解析出現(xiàn)異常時(shí)，維護(hù)人員能夠根據(jù)報(bào)表異常解析情況，做到快速的響應(yīng)。

報(bào)表解析完成之后，進(jìn)行報(bào)表指標(biāo)評(píng)價(jià)約簡(jiǎn)。結(jié)合粗糙集理論，融入信息論中“信息量”的概念，對(duì)報(bào)表指標(biāo)進(jìn)行約簡(jiǎn)，減少報(bào)表重組時(shí)的指標(biāo)數(shù)量，篩選出重要的指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)權(quán)重對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行排序。

3.2構(gòu)建指標(biāo)分析工具

3.2.1指標(biāo)約簡(jiǎn)

為了減少信息系統(tǒng)中報(bào)表指標(biāo)的數(shù)量，需要去掉信息分析報(bào)表中冗余信息。報(bào)表中的指標(biāo)集對(duì)應(yīng)著粗糙集信息系統(tǒng)中的屬性集，信息系統(tǒng)屬性集約簡(jiǎn)的過程就是指標(biāo)集約簡(jiǎn)的過程。

基于粗糙集理論，計(jì)算指標(biāo)集A的核，選擇指標(biāo)重要性大的指標(biāo)依次加入到核中，直到約簡(jiǎn)后的指標(biāo)集信息量與原指標(biāo)集A的信息量相同為止。

算法描述如下。

輸入信息系統(tǒng)S=(U,A,V,f)，其中U為論域，A為指標(biāo)集。

輸出該信息系統(tǒng)的最小約簡(jiǎn)C。

步驟1計(jì)算指標(biāo)信息系統(tǒng)的信息量I(A)。

步驟2令Core(A)=?。對(duì)于所有ai∈A，計(jì)算其在信息系統(tǒng)中的重要性sigA-{ai}(ai)，若sigA-{ai}(ai)≠0，則Core(A)=Core(A)∪{ai}。然后計(jì)算I(Core(A))，若I(Core(A))=I(A),則Core(A)為A的最小近似約簡(jiǎn)，算法結(jié)束。否則，執(zhí)行步驟3。

3.2.2基于屬性重要性設(shè)置權(quán)重

利用指標(biāo)自身的信息量來計(jì)算權(quán)重，評(píng)價(jià)指標(biāo)自身的信息，保持指標(biāo)權(quán)重計(jì)算的客觀性。

指標(biāo)體系經(jīng)過指標(biāo)約簡(jiǎn)后，得到約簡(jiǎn)后的指標(biāo)集C={r1,r2,…,rm}，ri為指標(biāo)集約簡(jiǎn)后的第i個(gè)指標(biāo)(i=1,2,…,m)。由定義4可知，C是獨(dú)立的，C中的屬性也是獨(dú)立的。根據(jù)知識(shí)的信息量的概念，指標(biāo)權(quán)重確定的算法步驟如下。

輸入指標(biāo)約簡(jiǎn)后的信息系統(tǒng)

S=(U,C,V,f)。

輸出指標(biāo)集C中各指標(biāo)的權(quán)重wi。

步驟1由等價(jià)關(guān)系C對(duì)論域U的劃分為

U/IND(C)={X1,X2,…,Xn}；

計(jì)算約簡(jiǎn)后指標(biāo)集C的信息量I(C)。

步驟2計(jì)算所有屬性ri(i=1,2,…,m)的重要性

sigC-{ri}(ri)=I(C)-I(C-{ri})。

步驟3歸一化ri的屬性重要性，得出每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重為

3.3構(gòu)建報(bào)表重組分析工具

對(duì)報(bào)表進(jìn)行指標(biāo)分析后，根據(jù)具體情況進(jìn)行報(bào)表重組。該重組工具將需求指標(biāo)進(jìn)行固化，通過對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行組裝拼接，形成新的報(bào)表。報(bào)表重組在前臺(tái)界面操作，如圖4所示，該重組工具核心是報(bào)表查詢區(qū)、監(jiān)控配置區(qū)和報(bào)表自定義區(qū)。

圖4　報(bào)表重組原理

為了對(duì)報(bào)表各指標(biāo)進(jìn)行查詢，提供了報(bào)表查詢區(qū)；根據(jù)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)重要指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)警，提供了監(jiān)控配置區(qū)；為了能夠?qū)?bào)表進(jìn)行自定義重組，提供了報(bào)表自定義區(qū)，可以根據(jù)需求對(duì)指標(biāo)進(jìn)行選擇，生成新報(bào)表，實(shí)現(xiàn)報(bào)表的重組。在重組的過程中也可以對(duì)指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，使用報(bào)表重組展現(xiàn)工具將報(bào)表發(fā)布。

4應(yīng)用實(shí)例分析

以某通信運(yùn)營商收入報(bào)表為例，對(duì)該報(bào)表進(jìn)行解析，指標(biāo)約簡(jiǎn)，重組，驗(yàn)證本文方法的有效性。對(duì)前臺(tái)報(bào)表查詢區(qū)和結(jié)果區(qū)進(jìn)行解析，根據(jù)具體報(bào)表、報(bào)表分頁、報(bào)表指標(biāo)和維度等進(jìn)行解析。通過粗糙集和信息論中“信息量”的結(jié)合對(duì)報(bào)表進(jìn)行指標(biāo)約簡(jiǎn)、指標(biāo)重要性評(píng)價(jià)，減少指標(biāo)數(shù)量和篩選出重要指標(biāo)。

根據(jù)報(bào)表數(shù)據(jù)對(duì)報(bào)表進(jìn)行離散化，1表示數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)，0表示未達(dá)標(biāo)。構(gòu)建報(bào)表指標(biāo)評(píng)價(jià)表如表1所示，a1為本地通話費(fèi)，a2為增值業(yè)務(wù)收入，a3為WLAN收入，a4為短信收入，a5為彩信收入，a6為流量收入，則指標(biāo)集

A={ a1, a2, a3, a4, a5, a6}，

論域

U={U1, U2, U3, U4, U5, U6}。

4.1評(píng)價(jià)指標(biāo)集約簡(jiǎn)

指標(biāo)約簡(jiǎn)算法步驟如下。

步驟1根據(jù)指標(biāo)信息系統(tǒng)，等價(jià)關(guān)系為

U/IND(A)={{U1,U6},U2,U3,U4,U5},

計(jì)算得I(A)=30/36。

步驟2計(jì)算指標(biāo)a1的重要性,得

sigA-{a1}(a1)=I(A)-I(A-{a1})=0。

同理可得a2,a3,a5和a6的重要性都為0，而

sigA-{a4}(a4)=2/36，

因此

Core(A)={a4}。

計(jì)算得

I(Core(A))=12/36

步驟3令

C=Core(A)={a4},

A-C={a1,a2,a3,a5,a6}。

指標(biāo)集A-C中各指標(biāo)的重要性分別為

sigC(a1)=I(C∪{a1})-I(C)=18/36，

sigC(a2)=sigC(a6)=16/36，

sigC(a3)=sigC(a5)=10/36。

重要性最高的是a1,將其加入C，得

C={a1,a4}。

因?yàn)?/p>

I(C)=20/36

故重復(fù)此過程，直至得到最小約簡(jiǎn)指標(biāo)集

C={a1,a2,a4,a6},

此時(shí)有I(C)=I(A)。

通信運(yùn)營商的重要指標(biāo)為a1,a2,a4和a6。指標(biāo)個(gè)數(shù)減少了33%，減少了報(bào)表重組指標(biāo)數(shù)量。約簡(jiǎn)后的指標(biāo)如表2所示。

表2　約簡(jiǎn)后的指標(biāo)評(píng)價(jià)表

4.2指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

步驟1最小約簡(jiǎn)指標(biāo)集的等價(jià)關(guān)系為

U/IND(C)={{U1,U6},U2,U3,U4,U5},

最小約簡(jiǎn)指標(biāo)集信息量I(C)=30/36。

步驟2各指標(biāo)重要性分別為

sigC-{a1}(a1)=sigC-{a2}(a2)=

sigC-{a4}(a4)=2/36,

sigC-{a6}(a6)=6/36。

步驟3歸一化處理指標(biāo)重要性，得

wa1=wa2=wa4=0.166 7,wa6=0.500 0。

可見，報(bào)表進(jìn)行解析之后，使用粗糙集綜合評(píng)價(jià)方法可以有效的約簡(jiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，減少指標(biāo)的數(shù)量，確定指標(biāo)的重要性。指標(biāo)約簡(jiǎn)評(píng)價(jià)之后，將指標(biāo)約簡(jiǎn)評(píng)價(jià)信息發(fā)送給報(bào)表重組工具，可在報(bào)表查詢區(qū)對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行查詢，根據(jù)需求及指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果對(duì)指標(biāo)進(jìn)行選擇及監(jiān)控，生成新的報(bào)表。

5結(jié)語

將報(bào)表進(jìn)行解析，通過粗糙集理論分析，引入“信息量”的概念到粗糙集信息系統(tǒng)中，對(duì)報(bào)表指標(biāo)集進(jìn)行了指標(biāo)約簡(jiǎn)和權(quán)重設(shè)置，減少了報(bào)表重組的指標(biāo)數(shù)量。實(shí)例驗(yàn)證結(jié)果表明，基于粗糙集報(bào)表重組的方法克服了信息系統(tǒng)報(bào)表數(shù)據(jù)處理問題，為企業(yè)提供有效的報(bào)表重組方法，提高了報(bào)表的利用率。

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[責(zé)任編輯:祝劍]

Reportreconstructingmethodbasedonroughset

WANGWenqing1,WANGYao2

(1.SchoolofAutomation,Xi’anUniversityofPostsandTelecommunications,Xi’an710121,China;2.SchoolofCommunicationandInformationEngineering,Xi’anUniversityofpostsandTelecommunications,Xi’an710121,China)

Abstract:A new method for parsing and restructuring report based on rough set is proposed to deal with the issues in data processing of the report in information system. The report is parsed by the report-parsed tools. A concept of “information quantity” is introduced to determine the important indexes, and finish the screening evaluation of report index system by rough set attribute reduction method. Then the report-restructured tools are used again to restructure the indexes in the information system. Example verification results show that, the proposed method can achieve ree combination of different indexes among the multiple reports, generate new reports and improve the efficiency of report development.

Keywords:report-parsed, report-restructured, rough set, information quantity

doi:10.13682/j.issn.2095-6533.2016.02.021

收稿日期：2015-11-05

基金項(xiàng)目：陜西省科技廳工業(yè)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(2014K05-29)；陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(14JF028)

作者簡(jiǎn)介：王文慶(1964-)，男，博士，教授，從事復(fù)雜系統(tǒng)分析與控制、智能信息處理研究。E-mail: wwq@xupt.edu.cn 王耀(1990-)，女，碩士，研究方向?yàn)橥ㄐ判盘?hào)處理及應(yīng)用。E-mail:15929480371@163.com

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6533(2016)02-0105-06