網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析和計(jì)算智能應(yīng)用

劉正龍

（解放軍69221 部隊(duì) 新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇市 843000）

1 現(xiàn)狀分析

大數(shù)據(jù)在信息經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代生活方式中有著重要作用。隨著硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了大數(shù)據(jù)采集。大數(shù)據(jù)分析是指用于檢查和處理大數(shù)據(jù)的技術(shù)，以便獲取有效信息。在現(xiàn)代世界中，數(shù)據(jù)的生成速度正在加快，先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析和計(jì)算智能技術(shù)的發(fā)展，大數(shù)據(jù)分析可以促進(jìn)政府努力為其公民提供更好的服務(wù),可以幫助政府改善醫(yī)療保健和公共交通等關(guān)鍵部門，從而幫助塑造一個(gè)更高效的現(xiàn)代社會(huì)。大數(shù)據(jù)的5 個(gè)特性，如圖1 大數(shù)據(jù)特性所示。

目前，網(wǎng)絡(luò)物理云系統(tǒng)已經(jīng)成為最先進(jìn)的基于云的體系結(jié)構(gòu)，可以定義為層次結(jié)構(gòu)，其中位于物理層的設(shè)備需要與網(wǎng)絡(luò)層中的計(jì)算和通信資源進(jìn)行安全通信和事務(wù)處理。這些復(fù)雜的交互包括幾個(gè)與大數(shù)據(jù)相關(guān)的操作，例如感知、存儲(chǔ)和處理大量異構(gòu)數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)物理云系統(tǒng)環(huán)境中，安全性是最重要的，這對所提供的服務(wù)以及環(huán)境都有重大影響。為了應(yīng)對這些現(xiàn)代挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)物理云系統(tǒng)研究可以從智能計(jì)算智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)中受益。因此，如何在安全和能源管理等關(guān)鍵方面有效地處理這些行動(dòng)是非常具有挑戰(zhàn)性的。

2 大數(shù)據(jù)分析的計(jì)算智能

計(jì)算智能是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)子類，算法被設(shè)計(jì)成模擬人類信息處理和處理復(fù)雜和不確定數(shù)據(jù)源的推理機(jī)制，計(jì)算智能技術(shù)是為解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的問題而開發(fā)的計(jì)算方法和技術(shù)。為了處理日益增長的現(xiàn)實(shí)世界問題，模糊邏輯、進(jìn)化算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了三種核心計(jì)算智能方法。計(jì)算智能技術(shù)的組合可用于從數(shù)據(jù)中提取洞察力和意義，提供適應(yīng)離線和在線、硬件和軟件數(shù)據(jù)處理和控制要求，應(yīng)用于各種應(yīng)用領(lǐng)域的集成解決方案，可用于為各種工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用提供有效的多用途智能數(shù)據(jù)分析和決策支持系統(tǒng)，其特點(diǎn)是需要分析大量模糊或復(fù)雜的信息，以支持運(yùn)營和成本效益高的決策。

2.1 大數(shù)據(jù)分析深度學(xué)習(xí)

在大數(shù)據(jù)分析中，越來越需要準(zhǔn)確地識(shí)別影響輸出的數(shù)據(jù)中的重要特征，并確定給定時(shí)間點(diǎn)輸入變量之間的空間關(guān)聯(lián)，以及隨時(shí)間變化的輸入?yún)?shù)之間的因果或時(shí)間關(guān)聯(lián)。從數(shù)據(jù)源中識(shí)別模式的有效建?？捎糜跍?zhǔn)確預(yù)測系統(tǒng)在正常操作條件下的行為，并能夠檢測異常。深度學(xué)習(xí)算法通過提供有效的生物啟發(fā)計(jì)算建模技術(shù)，通過從各種感官輸入和信號(hào)中提取多個(gè)層次的表征來解決語音感知和對象識(shí)別等任務(wù)，吸引了越來越多的關(guān)注。深度學(xué)習(xí)方法基于使用具有多個(gè)隱藏層的原理，這使得無監(jiān)督（自底向上）訓(xùn)練能夠生成更高層次的感官數(shù)據(jù)表示，然后可用于基于標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督訓(xùn)練算法訓(xùn)練分類器（自上而下），特征學(xué)習(xí)方法基于有監(jiān)督的方法。

圖1：大數(shù)據(jù)特性

圖2：模糊邏輯系統(tǒng)

2.2 大數(shù)據(jù)分析的模糊邏輯

大數(shù)據(jù)分析對從不同的潛在的噪聲污染源。這些數(shù)據(jù)集具有很高的不確定性，并且包含大量的噪聲和異常。研究表明，模糊邏輯系統(tǒng)是計(jì)算智能應(yīng)用，它能有效地處理與數(shù)據(jù)相關(guān)的不確定性。由于模糊邏輯依賴于自然語言模糊規(guī)則，因此它允許成功地可視化數(shù)據(jù)中存在的隱藏關(guān)系，從而使搜索數(shù)據(jù)中隱藏模式的應(yīng)用程序用戶或研究人員能夠輕松地將這些潛在關(guān)系可視化。模糊邏輯系統(tǒng)，自適應(yīng)模糊邏輯系統(tǒng)在建模和解釋個(gè)體差異和上下文信息的能力方面顯示出了相當(dāng)大的潛力，并且具有計(jì)算負(fù)擔(dān)，它們成為從大量數(shù)據(jù)中創(chuàng)建個(gè)性化和用戶友好系統(tǒng)的絕佳選擇，模糊邏輯已被用作在不同應(yīng)用領(lǐng)域執(zhí)行大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。如圖2 模糊邏輯系統(tǒng)所示。

2.3 大數(shù)據(jù)分析的進(jìn)化算法

進(jìn)化算法是另一種符合要求的計(jì)算智能技術(shù)以及大數(shù)據(jù)分析的挑戰(zhàn)。進(jìn)化算法模擬進(jìn)化過程，通過進(jìn)化一組候選解來發(fā)現(xiàn)特定問題的最優(yōu)解。進(jìn)化算法是搜索空間的非常好的探索者，這使得他們成為大數(shù)據(jù)分析的優(yōu)秀工具。進(jìn)化算法也是許多機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)問題的成熟技術(shù)，可用于大數(shù)據(jù)分析，面向現(xiàn)代和高要求的應(yīng)用領(lǐng)域，遺傳算法也可以與其他技術(shù)結(jié)合使用，以優(yōu)化預(yù)測模型的若干參數(shù)，并促進(jìn)更精確系統(tǒng)的開發(fā)。

3 潛在應(yīng)用領(lǐng)域

可以利用大數(shù)據(jù)和計(jì)算智能來提供具有科學(xué)和商業(yè)價(jià)值的新應(yīng)用。我們提供了改善醫(yī)療服務(wù)、優(yōu)化交通、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)情緒分析的機(jī)會(huì)示例，并介紹了解決這些領(lǐng)域現(xiàn)代挑戰(zhàn)的新應(yīng)用。

3.1 衛(wèi)生服務(wù)與健康預(yù)測

近年來，先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)在各種醫(yī)療保健領(lǐng)域都有應(yīng)用?，F(xiàn)代衛(wèi)生物理系統(tǒng)能夠取代傳統(tǒng)的衛(wèi)生保健服務(wù)和服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)，物理系統(tǒng)應(yīng)該配備強(qiáng)大的算法，能夠處理數(shù)據(jù)的分析、合成、處理和集成新時(shí)代的技術(shù)挑戰(zhàn)面臨著大數(shù)據(jù)問題，因?yàn)榇罅扛咚贁?shù)據(jù)是由不同格式的各種設(shè)備產(chǎn)生的，這些數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)和處理及時(shí)有效。以患者為中心的醫(yī)療保健應(yīng)用和服務(wù)而設(shè)計(jì)，由具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)收集層、用于分布式存儲(chǔ)和并行計(jì)算的數(shù)據(jù)管理層和面向數(shù)據(jù)的服務(wù)層。醫(yī)療服務(wù)可以通過提供優(yōu)化的健康信息和建議，基于個(gè)人和人群的分析，并使用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析算法，使患者和臨床醫(yī)生受益。通過開發(fā)可解釋的決策支持模型，促進(jìn)有效的衛(wèi)生政策，以及疾病流行和饑荒相關(guān)的危機(jī)管理干預(yù)計(jì)劃，計(jì)算健康信息學(xué)可用于基于大量人口的數(shù)據(jù)。

先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)方法可用于開發(fā)情境感知癡呆監(jiān)測和預(yù)測性護(hù)理建議解決方案，通過利用情境異質(zhì)性數(shù)據(jù)，智能地預(yù)測個(gè)體患者的行為變化，同時(shí)處理與利益相關(guān)者的定性數(shù)據(jù)相關(guān)的不確定性。人類可解釋的護(hù)理建議決策可以為護(hù)理人員提供實(shí)施不斷發(fā)展的護(hù)理和治療計(jì)劃的手段，以應(yīng)對由于認(rèn)知能力下降的影響而改變的患者需求。數(shù)據(jù)分析和計(jì)算智能技術(shù)也能夠幫助政府和組織提供解決挑戰(zhàn)性問題的方案。政府、組織、政策制定者和個(gè)人可以從智能大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展中受益，通過促進(jìn)準(zhǔn)確預(yù)測和突出造成這一現(xiàn)象的因素，對抗健康沖擊。這些技術(shù)將有助于有效和及時(shí)地減輕和管理健康休克事件。為了解決這一問題并朝著這個(gè)方向發(fā)展，提出了一個(gè)基于模糊邏輯的大數(shù)據(jù)分析和可視化框架，該框架利用大規(guī)模數(shù)據(jù)集進(jìn)行健康沖擊預(yù)測。增長現(xiàn)代城市化連通的農(nóng)村環(huán)境要求發(fā)展高效的交通基礎(chǔ)設(shè)施，以更好地滿足游客。在無線通信技術(shù)、計(jì)算智能和數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢分析能力、移動(dòng)云計(jì)算和上下文感知技術(shù)催生了在運(yùn)輸領(lǐng)域的研究和商業(yè)應(yīng)用。

3.2 社交網(wǎng)絡(luò)情感分析

情緒分析目的是促進(jìn)大批量的處理為了自動(dòng)識(shí)別用戶對特定產(chǎn)品和服務(wù)的評(píng)價(jià)和感受，另一個(gè)有趣的應(yīng)用領(lǐng)域是情感，它可以很大程度上受益于大數(shù)據(jù)研究分析。大數(shù)據(jù)分析可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行情緒分析，以增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和促進(jìn)學(xué)生的興趣。了解學(xué)生對學(xué)習(xí)過程可以提供成功改編教學(xué)材料或修改教學(xué)法，以便交付本材料，通過整合來自社交網(wǎng)絡(luò)的信息，情緒分類可以顯著改善，實(shí)現(xiàn)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)情感分析的目的和目標(biāo)。

通過使用社交媒體數(shù)據(jù)，深入了解用戶/客戶的情感狀態(tài)，可以促進(jìn)智能機(jī)制的產(chǎn)生和多樣化，從而在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域提供情感反饋。通過在智能環(huán)境中使用標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)備（如智能手機(jī)、家用電器、照明設(shè)備），這種反饋可以從數(shù)字世界擴(kuò)展到物理世界。智能汽車可以修改發(fā)動(dòng)機(jī)和座艙配置，以滿足駕駛員的需求和偏好。

4 結(jié)論

通過討論大數(shù)據(jù)分析和計(jì)算智能技術(shù)的重要性，提供了一個(gè)適用于有效處理和分析大數(shù)據(jù)的計(jì)算智能技術(shù)的全面綜述。用一種數(shù)據(jù)建模方法，引入了一種新的生物啟發(fā)的通用生成建模方法，在大數(shù)據(jù)分析中使用計(jì)算技術(shù)（即深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化算法和模糊邏輯），介紹了潛在的新的現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，這些應(yīng)用源于現(xiàn)代高科技社會(huì)提供的大量信息、智能計(jì)算技術(shù)的部署以及解決這些應(yīng)用領(lǐng)域挑戰(zhàn)的最新解決方案。不同的軟件計(jì)算技術(shù)，具有處理大量數(shù)據(jù)的潛力，這些數(shù)據(jù)具有時(shí)空相關(guān)性的特點(diǎn)。因此，可以將這種處理大數(shù)據(jù)的方法視為最大化處理大數(shù)據(jù)的工具。從這項(xiàng)研究中產(chǎn)生的潛在好處是多方面的，跨越了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。大數(shù)據(jù)潛力的挖掘?qū)χR(shí)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和個(gè)人產(chǎn)生了重大影響，這些應(yīng)用程序可以促進(jìn)改善公共交通和衛(wèi)生服務(wù)，電子商務(wù)也可以通過情感分析工具提供滿足客戶需求的產(chǎn)品和服務(wù)?？茖W(xué)知識(shí)和研究可以通過可視化和解釋的方式提供大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，最后，產(chǎn)品和服務(wù)能夠有效地解釋復(fù)雜的相關(guān)概念，個(gè)人可以通過開發(fā)個(gè)性化和情境化的產(chǎn)品和服務(wù)而受益，未來將涉及的方法應(yīng)用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，以便創(chuàng)建具有重大商業(yè)和科學(xué)價(jià)值的新模型和應(yīng)用，并進(jìn)一步改進(jìn)已開發(fā)的系統(tǒng)。