計(jì)算智能及其在氣象信息分析中的應(yīng)用.pdf

1、人類智能的宏觀分析能力主要體現(xiàn)在人們能從極不相同的粒度上觀察和分析同一問(wèn)題，人們不僅能在不同粒度的世界上進(jìn)行問(wèn)題求解，而且能夠很快地從一個(gè)粒度世界跳到另一個(gè)粒度世界，往返自如，毫無(wú)困難?；谏炭臻g粒度計(jì)算理論不但可以表示對(duì)象的屬性，而且可以表示對(duì)象之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，同時(shí)可描述各種不同粒度世界之間轉(zhuǎn)移、變換、合成和分解等關(guān)系，這正是描述人類智能宏觀分析能力的有力工具。 人類智能的微觀分析能力主要體現(xiàn)在可以從大量事物學(xué)習(xí)中歸納出規(guī)律。

2、這種能力可以通過(guò)建立學(xué)習(xí)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為構(gòu)造性機(jī)器學(xué)習(xí)方法基礎(chǔ)的覆蓋算法正是滿足條件的學(xué)習(xí)模型之一，通過(guò)對(duì)覆蓋算法的研究可以模擬人類智能微觀學(xué)習(xí)能力。 本文分別研究了商空間粒度計(jì)算理論和覆蓋算法這兩個(gè)模擬人類智能兩大特點(diǎn)的模型，并將它們有機(jī)地結(jié)合在一起，以期為人類的某些智力行為建立適當(dāng)?shù)男问交Ｐ?，利用?jì)算機(jī)再顯人類智能的部分功能。本文將其應(yīng)用于安徽省冬小麥產(chǎn)量預(yù)測(cè)中，給出了不同粒度下的預(yù)測(cè)模型，并通過(guò)實(shí)例說(shuō)明該模型具有時(shí)間和空

3、間普適性。 主要工作包括： 1．研究了商結(jié)構(gòu)在商空間粒度計(jì)算理論中的突出作用。 研究了商空間粒度計(jì)算理論中求解商空間的方法，討論了如何分別從描述問(wèn)題的三個(gè)因素——論域、屬性、結(jié)構(gòu)出發(fā)獲取商空間，并給出具體思路，為第三章所述的基于粒度計(jì)算的覆蓋算法提供理論基礎(chǔ)，第六章所述的基于粒度計(jì)算的安徽省冬小麥產(chǎn)量的預(yù)測(cè)模型也是以此為基礎(chǔ)；重點(diǎn)研究了商結(jié)構(gòu)在商空間理論中的重要作用，將其作為商空間理論與粗糙集理論的主要區(qū)別之一。

4、 2．提出基于粒度計(jì)算的覆蓋算法：將覆蓋算法用于聚類研究。簡(jiǎn)要介紹了覆蓋算法的雛形——領(lǐng)域覆蓋及其交叉覆蓋算法，結(jié)合商空間理論中屬性顆?；蠼馍炭臻g的思想和合成方法，提出基于粒度計(jì)算的覆蓋算法；將覆蓋算法引入聚類領(lǐng)域，指出覆蓋算法不但可以用于分類，也可以適用于聚類研究。 3．提出覆蓋算法的“最小覆蓋原理”。 從認(rèn)識(shí)論的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)覆蓋算法提出“最小覆蓋原理”，并從幾何意義上對(duì)最小覆蓋的性質(zhì)、特點(diǎn)進(jìn)行深入研究，得出

5、最小覆蓋的充分必要條件，依此給出相應(yīng)的求最小覆蓋的算法；討論了最小覆蓋算法的復(fù)雜性；最后利用規(guī)劃方法求解最小覆蓋算法。 4．給出概率模型下的覆蓋算法。 將核函數(shù)思想和全局最優(yōu)思想引入覆蓋算法，給出概率模型下的覆蓋算法。該算法將覆蓋算法中的決策函數(shù)改為核函數(shù)，然后從概率論中的“最大似然原理”的角度對(duì)覆蓋算法進(jìn)行優(yōu)化，自動(dòng)求解核函數(shù)中的參數(shù)，以解決一般核函數(shù)中參數(shù)選擇的難題。 5．以安徽省的部分城市建站以來(lái)的氣象及其

6、冬小麥產(chǎn)量信息為研究對(duì)象，建立不同粒度下的預(yù)測(cè)模型。 1)構(gòu)造原空間下的問(wèn)題描述，安徽省每個(gè)城市每年的信息構(gòu)成論域中的一個(gè)元素——樣本，該樣本由兩大部分構(gòu)成——特征屬性和決策屬性。 2)分析了氣象產(chǎn)量預(yù)測(cè)的一般方法，并說(shuō)明這些方法存在的弊端，在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，用以實(shí)現(xiàn)本文所建模型中決策屬性處理模塊的功能，經(jīng)過(guò)產(chǎn)量階段劃分后，采用灰色模型求得相對(duì)氣象產(chǎn)量，作為樣本的決策屬性。 3)對(duì)論域和特征屬性分別采用商空間計(jì)

7、算理論中求解商空間的方法處理，以期從不同角度獲取不同粒度下的預(yù)測(cè)模型。 a)對(duì)論域顆?；姆椒ǎ阂越吹貐^(qū)的城市為例，把結(jié)構(gòu)上或功能上關(guān)系密切的元素劃分為一類，得到[X]<,江淮>，由此構(gòu)造以江淮地區(qū)為整體的預(yù)測(cè)模型； b)對(duì)屬性顆?；姆椒ǎ簩?duì)樣本的特征屬性即光水溫進(jìn)行不同時(shí)間段的劃分，分別構(gòu)成由[f]<,旬>、[f]<,月>、[f]<,混合>獲取的商空間。 4)最后在不同的空間中采用覆蓋算法對(duì)這些樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)

8、，獲得學(xué)習(xí)規(guī)則后，加以后處理獲得預(yù)測(cè)產(chǎn)量值。 5)該預(yù)測(cè)模型還將江淮地區(qū)不同城市不同時(shí)間的樣本混合在一起學(xué)習(xí)測(cè)試，也可得到滿意結(jié)果，說(shuō)明該模型有空間時(shí)間普適性。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處： 1．從認(rèn)識(shí)論的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)覆蓋算法提出“最小覆蓋原理”，從幾何意義上對(duì)最小覆蓋的性質(zhì)、特點(diǎn)進(jìn)行深入研究，得出最小覆蓋的充分必要條件，依此給出相應(yīng)的求最小覆蓋的算法；討論了最小覆蓋算法的迭代次數(shù)估計(jì)。 2．結(jié)合了商空間理論中屬