大數(shù)據(jù)時代下概念格的多粒度構(gòu)造研究

方芳

摘 ?要：概念格被認(rèn)為是數(shù)據(jù)分析的有力工具，在諸多領(lǐng)域得到了研究和應(yīng)用。隨著大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展需要，要求概念格的完整性，概念格的節(jié)點大小隨著形式背景大小的增加呈指數(shù)增長。鑒于大數(shù)據(jù)時代構(gòu)思概念格所面臨的挑戰(zhàn)，該文將粒計算融于概念格的研究中，在概念格的多粒度計算模型的基礎(chǔ)上，通過概念格多粒度構(gòu)造的漸進(jìn)式算法，對概念格的概念進(jìn)行分層次構(gòu)造。同時，分析概念格多粒度構(gòu)造與存儲模型的驗證及應(yīng)用，來分析概念格構(gòu)造的問題。

關(guān)鍵詞：概念格 ?粒計算 ??；拍罡?/p>

中圖分類號：O153.1 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（c）-0013-02

概念格是基于對象和數(shù)據(jù)集中的屬性之間的二元關(guān)系的概念層次結(jié)構(gòu)。它是形式概念分析理論的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最初由德國的Wille R教授在1982年提出。概念格被認(rèn)為是數(shù)據(jù)分析的有力工具，在諸多領(lǐng)域得到了研究和應(yīng)用。目前概念格的構(gòu)造研究主要有三大類： 批處理構(gòu)造、漸進(jìn)式構(gòu)造和分布式構(gòu)造。粒計算是指通過系統(tǒng)訪問粒結(jié)構(gòu)來解決問題，包括同一粒層中的粒子之間和不同粒層中的粒子之間的變換和推理。粒計算與概念格的融合研究，主要基于聯(lián)合概念格的概念層次結(jié)構(gòu)與粒計算的粒度結(jié)構(gòu)之間的天然關(guān)系來建立數(shù)學(xué)模型，形式概念對應(yīng)于粒子，概念層對應(yīng)為粒層，整個概念格的Hasse圖結(jié)構(gòu)反映了其粒結(jié)構(gòu)。

1 ?概念格的多粒度計算模型

在概念格的理論中，形式背景表示的數(shù)據(jù)就是不同概念及概念之間的關(guān)系。

2 ?概念格多粒度構(gòu)造的漸進(jìn)式算法

（1）概念格的多粒度構(gòu)造有3種情況：①形式背景的變化帶來的概念格的變化，需要對每個粒層的粒子重新計算;②概念格的粒結(jié)構(gòu)自身的調(diào)整，需要在粒層間進(jìn)行轉(zhuǎn)換;③對完整概念格結(jié)構(gòu)的展現(xiàn)，需要將若干個粒子概念格展現(xiàn)為一個完整概念格。對應(yīng)的，此部分內(nèi)容包含粒子構(gòu)造算法、粒層轉(zhuǎn)換算法和粒子合并算法3個部分內(nèi)容。

（2）粒子構(gòu)造算法是對包含形式背景變化的相應(yīng)對象和屬性的粒子格的計算。構(gòu)造算法根據(jù)對象與屬性的增加或刪除，對每個粒層的粒子重新計算。可以證明，此種情況下不影響同粒層中粒子之間的偏序關(guān)系，也不影響不同粒層間粒子的映射關(guān)系。因此可以采用經(jīng)典概念格漸進(jìn)式構(gòu)造算法來完成。

（3）粒層轉(zhuǎn)換算法的實質(zhì)是Zoom-in算子與Zoom-out 算子的算法實現(xiàn)，是該部分內(nèi)容的核心工作。其中，Zoom-in算子用于產(chǎn)生新的粒層、Zoom-out算子用于由下層粒層重構(gòu)上層粒層。需要通過轉(zhuǎn)換算法進(jìn)行粒層的構(gòu)造發(fā)生在兩種情形：產(chǎn)生新粒層、由下層粒層重構(gòu)上層粒層，分別對應(yīng)于Zoom-in算子和Zoom-out算子。

（4）粒子合并算法是將同粒度層的若干個粒子概念格合并為一個概念格，實質(zhì)是對不同子格上概念間被割裂的前驅(qū)后繼關(guān)系的重新增補。需要指出的是同粒度的粒子格之間的偏序關(guān)系在構(gòu)造粒層時已經(jīng)被計算和存儲算法可以借助這些偏序關(guān)系來漸進(jìn)式地實現(xiàn)粒子合并。粒子合并算法中，粒的合并與相交：設(shè)（X1，Y1）和（X2，Y2）是任意兩個粒子，規(guī)定：

負(fù)載均衡算法的核心工作是根據(jù)粒子的節(jié)點規(guī)模來建立運算時間的概率分布函數(shù)，再結(jié)合運籌學(xué)中的規(guī)劃問題進(jìn)行求解，找出沖突概率最小的一個任務(wù)規(guī)劃。

3 ?概念格多粒度構(gòu)造與存儲模型的驗證及應(yīng)用

（1）概念格對10年以上的民航氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。將民航氣象數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)清洗格式化后形成形式背景，然后對接到原型系統(tǒng)進(jìn)行概念格的構(gòu)造。從粗粒度開始，將發(fā)現(xiàn)的有意義的規(guī)則交給氣象工作人員研究分析，逐步深化構(gòu)造粒度，直到找到氣象工作人員認(rèn)可的精度為止。驗證和探索系統(tǒng)的時間性能、粒度、知識發(fā)現(xiàn)之間的關(guān)系，如圖1所示。

圖1是由形式背景、概念格、本體知識庫、知識庫應(yīng)用組成的形式概念分析模型。該模型從縱向看是形式背景、概念格、本體知識庫、知識庫應(yīng)用，也就是概念格多粒度構(gòu)造方面的研究;從橫向看是形式概念分析、氣象數(shù)據(jù)、服務(wù)應(yīng)用，也就是根據(jù)氣象數(shù)據(jù)來進(jìn)行概念格粒計算出氣象知識，并且應(yīng)用到實踐氣象數(shù)據(jù)分析中。

（2）其中，形式背景是將多值概念圖像背景轉(zhuǎn)化為單值概念圖像背景，以表達(dá)氣象服務(wù)領(lǐng)域的內(nèi)涵和外延的過程。內(nèi)涵是氣象數(shù)據(jù)中影響氣象變化的因素，外延是氣象數(shù)據(jù)在概念上的集合，這是概念格分析的基礎(chǔ)，構(gòu)成了概念結(jié)構(gòu)主體;概念格是氣象服務(wù)領(lǐng)域的概念進(jìn)行整體集合，構(gòu)成氣象服務(wù)概念的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過根系氣象服務(wù)中的層次關(guān)系、分級關(guān)系，為氣象服務(wù)形式概念模型提供知識庫映射，為概念格的邏輯關(guān)系提供描述方法;本體知識庫就是在概念格里得到的對象或者關(guān)系運用開源軟件將其工程化;知識庫應(yīng)用是開展形式概念分析和本體知識庫設(shè)計的最終落腳點，將氣象數(shù)據(jù)實時轉(zhuǎn)化為氣象知識，并根據(jù)民航氣象要求提供服務(wù)。

4 ?結(jié)語

該文介紹了大數(shù)據(jù)集支撐下概念格的多粒度構(gòu)造研究，包括概念格的多粒度計算模型、概念格多粒度構(gòu)造的漸進(jìn)式算法、概念格多粒度構(gòu)造與存儲模型的驗證以及應(yīng)用這3個方面的研究。通過該研究實現(xiàn)了構(gòu)造和數(shù)據(jù)分析的同步，形成概念分析與粒計算的新融合。將以概念為基本粒子單元、整個概念格為粒架構(gòu)的概念格粒計算的理論和模型，拓展到了以子概念格為基本粒子單元、整個概念格為復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念格粒計算的理論和模型。這個拓展和深化符合人類從元知識系統(tǒng)到復(fù)雜知識系統(tǒng)的認(rèn)識過程和一般規(guī)律，對認(rèn)知科學(xué)和人工智能結(jié)合的研究有一定的參考作用。

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