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1、第 十 章 空 間 建 模 與 空 間 決 策 支 持 1 空 間 分 析 過 程 及 其 模 型 1 1空 間 分 析 過 程 空 間 分 析 的 目 的 是 解 決 某 類 與 地 理 空 間 有 關(guān) 的 問 題 ，通 常 涉 及 多 種 空 間 分 析 操 作 的 組 合 。 一 般 步 驟 是 ： 1） 明 確 分 析 的 目 的 和 評(píng) 價(jià) 準(zhǔn) 則 ； 2） 準(zhǔn) 備 分 析 數(shù) 據(jù) ； 3） 進(jìn) 行 空 間 分 析 操 作 ； 4） 進(jìn) 行 結(jié) 果 分 析 ； 5） 解 釋 、 評(píng) 價(jià) 結(jié) 果 （ 如 必 要 ， 返 回 步 驟 1） ； 6） 結(jié) 果 輸 出 （ 地 圖 、 表 格

2、 和 文 檔 ） 。 例 1 道 路 拓 寬 改 建 過 程 中 拆 遷 指 標(biāo) 計(jì) 算 這 里 將 舉 例 說 明 如 何 利 用 建 立 緩 沖 區(qū) 、 拓 撲 疊 加和 特 征 提 取 ,計(jì) 算 一 條 道 路 拓 寬 改 建 過 程 中 的 拆 遷指 標(biāo) 。 1） 明 確 分 析 的 目 的 和 標(biāo) 準(zhǔn) 2） 準(zhǔn) 備 進(jìn) 行 分 析 的 數(shù) 據(jù) 3） 進(jìn) 行 空 間 操 作 4） 進(jìn) 行 統(tǒng) 計(jì) 分 析 5） 將 分 析 結(jié) 果 以 地 圖 和 表 格 的 形 式 打 印 輸 出 。1 空 間 分 析 過 程 及 其 模 型 1 2空 間 分 析 建 模 1 2 1地 圖 模 型 的

3、概 念 為 了 解 決 復(fù) 雜 的 空 間 問 題 ， 人 們 也 試 圖 建 立 一個(gè) 簡(jiǎn) 化 的 模 型 ， 模 擬 空 間 分 析 過 程 。 空 間 分 析建 模 ， 由 于 是 建 立 在 對(duì) 圖 層 數(shù) 據(jù) 的 操 作 上 的 ，又 稱 為 “ 地 圖 建 模 ” 。 它 是 通 過 組 合 空 間 分 析命 令 操 作 以 回 答 有 關(guān) 空 間 現(xiàn) 象 問 題 的 過 程 ， 更形 式 化 一 些 的 定 義 是 通 過 作 用 于 原 始 數(shù) 據(jù) 和 派生 數(shù) 據(jù) 的 一 組 順 序 的 、 交 互 的 空 間 分 析 操 作 命令 ， 對(duì) 一 個(gè) 空 間 決 策 過 程 進(jìn)

4、 行 的 模 擬 。 1 空 間 分 析 過 程 及 其 模 型 反 向 用 圖 形 或 符 號(hào) 將 有 關(guān) 數(shù) 據(jù) 及 其 操 作 流 程 表 示 出來 就 得 到 一 個(gè) 地 圖 模 型 。 本 例 表 示 如 圖 10-1： 圖 10-1： 提 取 坡 度 大 于 20度 的 計(jì) 算 流 程 矩 形 框 為 數(shù) 據(jù) ， 箭 頭 表 示 操 作 命 令 ， 方 向 表 示 操 作 順 序 。 坡 度大 于20 度的 地區(qū) 坡度圖象 數(shù)字高程圖 象 等高線數(shù)據(jù)再 分 類 坡 度 計(jì) 算 空 間 插 值 1 空 間 分 析 過 程 及 其 模 型 1 2 2地 圖 模 型 實(shí) 例 地 圖 模

5、型 有 多 種 表 示 方 法 ， 為 了 進(jìn) 一 步 理 解 制圖 建 模 過 程 ， 下 面 給 出 三 個(gè) 不 同 領(lǐng) 域 的 地 圖 模型 實(shí) 例 ， 分 別 采 用 了 三 種 不 同 的 表 示 方 法 。 1） 食 草 動(dòng) 物 棲 息 地 質(zhì) 量 評(píng) 價(jià) 模 型 本 例 是 一 個(gè) 食 草 動(dòng) 物 棲 息 地 質(zhì) 量 評(píng) 價(jià) 簡(jiǎn) 化 模 型 ，模 型 只 考 慮 了 影 響 食 草 動(dòng) 物 生 存 的 基 本 因 子 ：水 源 、 食 物 、 和 隱 藏 條 件 ， 以 及 景 觀 單 元 的 面積 ， 連 通 性 和 破 碎 程 度 的 度 量 指 標(biāo) 。 模 型 形 式如 圖

6、 10-2所 示 ：1 空 間 分 析 過 程 及 其 模 型 圖 10-2： 食 草 動(dòng) 物 棲 息 地 質(zhì) 量 評(píng) 價(jià) 模 型水 源 地植 被 類 型景 觀 單 元植 被 類 型景 觀 單 元景 觀 單 元景 觀 單 元 飲 水 難 易 度覓 食 難 易 度隱 藏 難 易 度面 積凸 度 指 數(shù)歐 拉 數(shù) 相 對(duì) 大 小相 對(duì) 連 通 性相 對(duì) 一 致 性景 觀 各 點(diǎn)棲 息 質(zhì) 量 景 觀 單 元棲 息 質(zhì) 量 總 體 質(zhì) 量 復(fù) 合 棲息 質(zhì) 量再 分 類再 分 類再 分 類再 分 類再 分 類再 分 類 平 均 平 均再 分 類再 分 類再 分 類 疊 加 （ 和 ） 定 級(jí)1 空

7、間 分 析 過 程 及 其 模 型 2） 國(guó) 家 森 林 公 園 選 址 模 型 本 例 是 一 個(gè) 為 某 地 建 立 一 國(guó) 家 森 林 公 園 確 定 大 致 范 圍 ， 是 一 個(gè)數(shù) 據(jù) 源 已 知 ， 需 要 進(jìn) 行 空 間 信 息 提 取 的 模 型 。 數(shù) 據(jù) 源 包 括 公 路鐵 路 分 布 圖 ， 森 林 分 布 圖 ， 城 鎮(zhèn) 區(qū) 劃 圖 。 地 圖 模 型 可 以 用 下 面的 形 式 表 示 ： 表 10-1： 國(guó) 家 森 林 公 園 選 址 模 型1 空 間 分 析 過 程 及 其 模 型 3） 木 材 毀 壞 量 回 歸 預(yù) 測(cè) 模 型 根 據(jù) 多 年 的 統(tǒng) 計(jì)

8、數(shù) 字 和 經(jīng) 驗(yàn) 方 程 ， 本 例 是 一 個(gè) 林 場(chǎng) 砍 伐 木 材 時(shí)木 材 毀 壞 量 回 歸 預(yù) 測(cè) 模 型 。 模 型 的 因 變 量 有 坡 度 ， 樹 徑 ， 樹 高 ， 蓄 積 量 ， 樹 木 缺 矢 量 。 公式 如 下 ： 地 圖 模 型 可 以 表 示 成 下 面 的 形 式 （ 圖 10-3） ： 木 材 毀 壞 量 回 歸 預(yù) 測(cè) 模 型 1 空 間 分 析 過 程 及 其 模 型 1 2 3 地 圖 模 型 實(shí) 現(xiàn) 大 多 數(shù) GIS軟 件 提 供 了 宏 命 令 或 腳 本 描 述 語 言 ， 可 以 將上 述 建 立 的 各 種 地 圖 模 型 表 示 成

9、GIS的 操 作 命 令 序 列 ，自 動(dòng) 批 處 理 完 成 整 個(gè) 模 型 過 程 。 還 有 一 些 GIS軟 件 提 供 了 高 級(jí) 的 可 視 化 的 地 圖 建 模 輔 助工 具 ， 用 戶 只 需 使 用 其 提 供 的 工 具 在 窗 口 中 繪 出 模 型 的流 程 圖 ， 指 定 流 程 圖 的 意 義 、 所 用 的 參 數(shù) ， 矩 陣 等 即 可完 成 地 圖 模 型 的 設(shè) 計(jì) ， 而 無 需 書 寫 復(fù) 雜 的 命 令 程 序 。1 空 間 分 析 過 程 及 其 模 型 圖 10-4： 通 過 流 程 圖 表 現(xiàn) 的 GIS模 型1 空 間 分 析 過 程 及 其

10、 模 型 2 空 間 決 策 支 持 模 型 區(qū) 域 規(guī) 劃 、 土 地 利 用 規(guī) 劃 、 設(shè) 施 位 置 選 擇 、 環(huán) 境管 理 等 都 是 有 關(guān) 空 間 行 為 的 決 策 問 題 ， 這 些 問 題的 解 決 方 案 是 由 決 策 者 或 領(lǐng) 域 專 家 在 專 業(yè) 領(lǐng) 域 知識(shí) 和 經(jīng) 驗(yàn) 的 啟 發(fā) 下 ， 在 分 析 大 量 的 空 間 和 非 空 間信 息 的 基 礎(chǔ) 上 得 到 的 。 空 間 決 策 問 題 大 大 超 過 了地 理 信 息 系 統(tǒng) 通 常 的 空 間 分 析 功 能 的 要 求 。 2 1空 間 決 策 過 程 的 復(fù) 雜 性 決 策 是 一 個(gè) 決

11、 策 者 為 達(dá) 到 某 種 目 標(biāo) 或 目 標(biāo) 集合 ， 根 據(jù) 一 定 的 約 束 條 件 下 在 多 種 侯 選 方 案里 進(jìn) 行 選 擇 的 復(fù) 雜 過 程 。 當(dāng) 采 用 數(shù) 學(xué) 表 述 形式 表 達(dá) 一 般 化 決 策 問 題 時(shí) ， 包 括 以 下 幾 個(gè) 構(gòu)成 部 分 ：2 空 間 決 策 支 持 模 型 1） 方 案 集 合 ： 決 策 問 題 的 方 案 集 合 是 指 可 以 選 擇的 行 動(dòng) 方 案 集 合 ， 記 為 A。 2） 狀 態(tài) 集 合 ： 任 何 一 個(gè) 決 策 問 題 都 面 臨 一 定 的外 界 環(huán) 境 ， 稱 之 為 狀 態(tài) 。 系 統(tǒng) 各 種 可 能

12、 的 狀 態(tài) ，稱 為 狀 態(tài) 集 合 ， 記 為 Q。 3） 損 益 函 數(shù) ： 這 是 決 策 分 析 中 的 一 個(gè) 重 要 概 念 。在 決 策 問 題 中 ， 如 果 采 用 策 略 ， 假 定 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 出現(xiàn) ， 系 統(tǒng) 收 益 。 因 此 定 義 映 射 為 決 策 問 題 的 損 益函 數(shù) 。 在 A、 Q可 數(shù) 的 情 況 下 ， 可 獲 得 損 益 表 如下 所 示 （ 表 10-2） 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 表 10-2： 決 策 損 益 表 4） 目 標(biāo) 函 數(shù) （ 決 策 準(zhǔn) 則 ） ： 記 為 F。 損 益 函 數(shù) 只給 出 了 系 統(tǒng) 的 實(shí)

13、際 收 益 情 況 ， 但 沒 給 出 收 益 的 評(píng)價(jià) 標(biāo) 準(zhǔn) ， 即 “ 抉 擇 ” 時(shí) 的 優(yōu) 化 準(zhǔn) 則 。 決 策 準(zhǔn) 則 對(duì)于 不 同 的 決 策 者 、 問 題 、 方 法 都 是 不 同 的 ， 它 最終 決 定 了 方 案 的 形 成 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 決 策 學(xué) 常 規(guī) 方 法 用 于 解 決 普 通 決 策 問 題 ， 這 類 問 題 滿足 以 下 條 件 ： 存 在 決 策 者 希 望 達(dá) 到 的 明 確 目 標(biāo) ； 存 在 可 供 決 策 者 選 擇 且 可 以 明 確 組 分 的 侯 選 方 案 ； 存 在 不 受 決 策 者 控 制 的 系 統(tǒng)

14、 狀 態(tài) ， 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 集 與 侯 選方 案 集 相 互 獨(dú) 立 ； 損 益 值 可 以 精 確 數(shù) 量 化 ， A， Q均 為 可 數(shù) 集 合 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 總 之 ， 空 間 決 策 是 一 個(gè) 涉 及 多 目 標(biāo) 和 多 約 束 條 件 的復(fù) 雜 過 程 ， 通 常 不 能 簡(jiǎn) 單 地 通 過 描 述 性 知 識(shí) 或 程 式式 知 識(shí) 進(jìn) 行 解 決 ， 往 往 要 求 綜 合 地 使 用 信 息 ， 領(lǐng) 域?qū)?家 知 識(shí) 和 有 效 地 交 流 手 段 。 圖 10-5： 空 間 決 策 過 程 空 間 決 策知 識(shí) 信 息 收 集表 現(xiàn)存 儲(chǔ)檢 索 處

15、理顯 示 獲 取表 現(xiàn)存 儲(chǔ) 推 理分 析 2 空 間 決 策 支 持 模 型 地 理 信 息 系 統(tǒng) 為 決 策 支 持 提 供 了 強(qiáng) 大 的 數(shù) 據(jù) 輸 入 、存 儲(chǔ) 、 檢 索 、 顯 示 的 工 具 ， 但 是 在 分 析 、 模 擬 和推 理 方 面 的 功 能 比 較 弱 ， 本 質(zhì) 上 是 一 個(gè) 數(shù) 據(jù) 豐 富但 理 論 貧 乏 的 系 統(tǒng) ， 在 解 決 復(fù) 雜 空 間 決 策 問 題 上缺 乏 智 能 推 理 功 能 。 所 以 ， 為 解 決 復(fù) 雜 的 空 間 決策 問 題 ， 需 要 在 地 理 信 息 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) 上 開 發(fā) 智 能決 策 支 持 系 統(tǒng)

16、， 用 于 數(shù) 據(jù) 獲 取 、 輸 入 、 存 儲(chǔ) 、 分析 、 輸 出 ； 用 于 知 識(shí) 表 現(xiàn) 和 推 理 ； 用 于 自 動(dòng) 學(xué) 習(xí) ，系 統(tǒng) 集 成 ， 人 機(jī) 交 互 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 2 2空 間 決 策 分 析 的 理 論 和 方 法 2 2 1效 用 理 論 效 用 理 論 是 決 策 分 析 的 基 礎(chǔ) 。 事 物 的 不 確 定 性 可 看 作 是許 多 簡(jiǎn) 單 隨 機(jī) 事 件 的 復(fù) 合 。 每 一 個(gè) 簡(jiǎn) 單 隨 機(jī) 事 件 是 由 兩個(gè) 互 斥 事 件 Z1 和 Z2組 成 的 。 事 件 Z1發(fā) 生 的 概 率 為 P，事 件 Z2發(fā) 生 的

17、概 率 為 1P， 則 隨 機(jī) 事 件 記 為 L（ Z1， P，Z2） 。 在 簡(jiǎn) 單 隨 機(jī) 事 件 內(nèi) 引 進(jìn) “ 優(yōu) 先 ” 或 “ 偏 好 ” 的概 念 ， 并 在 隨 機(jī) 事 件 集 合 的 基 礎(chǔ) 上 建 立 公 理 體 系 ， 即 假設(shè) 在 隨 機(jī) 事 件 集 合 中 存 在 下 列 條 件 ：2 空 間 決 策 支 持 模 型 1） 相 對(duì) 偏 好 順 序 ； 2） 偏 好 關(guān) 系 具 可 傳 遞 性 ； 3） 簡(jiǎn) 單 隨 機(jī) 事 件 間 的 可 比 性 ； 4） 偏 好 關(guān) 系 可 以 量 化 ； 5） 不 確 定 性 可 以 量 化 ； 6） 等 價(jià) 隨 機(jī) 事 件 可

18、相 互 代 換 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 2 2 2決 策 樹 決 策 分 析 中 最 常 用 的 方 法 之 一 是 決 策 樹 方 法 ， 圖 10-6為 典 型 的 決 策 樹 。 圖 中 長(zhǎng) 方 形 小 框 表 示 由 人 選 擇 的 決策 點(diǎn) 。 把 需 要 作 決 策 的 問 題 過 程 畫 成 示 意 圖 ， 由 圖 的最 左 邊 出 發(fā) ， 在 作 決 策 之 前 先 作 試 驗(yàn) 。 決 策 樹 的 方 法是 順 著 樹 的 各 個(gè) 分 校 進(jìn) 行 分 析 ， 并 計(jì) 算 各 種 可 能 情 況的 概 率 大 小 ， 最 后 計(jì) 算 在 這 些 條 件 下 最 終

19、出 現(xiàn) 的 后 果的 效 用 ， 將 各 種 效 用 加 以 比 較 ， 從 中 選 取 最 佳 效 用 所對(duì) 應(yīng) 的 試 驗(yàn) 與 決 策 作 為 應(yīng) 取 的 決 策 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 圖 10-6： 決 策 樹 示 例2 空 間 決 策 支 持 模 型 2 2 3貝 葉 斯 決 策 由 于 決 策 總 是 在 事 件 發(fā) 生 之 前 做 出 ， 而 事 件 是 否發(fā) 生 又 不 是 確 定 的 ， 因 此 常 采 用 統(tǒng) 計(jì) 學(xué) 中 貝 葉 斯公 式 對(duì) 事 件 發(fā) 生 的 概 率 作 先 驗(yàn) 估 計(jì) ， 這 就 是 貝 葉斯 方 法 。2 空 間 決 策 支 持 模 型

20、 2 3空 間 決 策 支 持 系 統(tǒng) 決 策 支 持 系 統(tǒng) （ DSS） 是 輔 助 決 策 者 通 過 數(shù) 據(jù) 、模 型 、 知 識(shí) 以 人 機(jī) 交 互 方 式 進(jìn) 行 半 結(jié) 構(gòu) 化 或 非結(jié) 構(gòu) 化 決 策 的 計(jì) 算 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 。 它 為 決 策 者 提供 分 析 問 題 、 建 立 模 型 、 模 擬 決 策 過 程 和 方 案的 環(huán) 境 ， 調(diào) 用 各 種 信 息 資 源 和 分 析 工 具 ， 幫 助決 策 者 提 高 決 策 水 平 和 質(zhì) 量 。 DSS的 基 本 結(jié) 構(gòu)主 要 由 四 個(gè) 部 分 組 成 ， 即 數(shù) 據(jù) 部 分 、 模 型 部 分 、推 理 機(jī)

21、 部 分 、 人 機(jī) 交 互 部 分 ， 如 圖 10-7所 示 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 圖 10-7： DSS的 組 成 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分推 理 部 分模 型 部 分 人 機(jī) 交 互 部 分人 機(jī) 交 互 系 統(tǒng)模 型 庫 管 理 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 知 識(shí) 庫管 理 系 統(tǒng)模 型 庫 知 識(shí) 庫 數(shù) 據(jù) 庫 推 理 機(jī)用 戶2 空 間 決 策 支 持 模 型 2 4 智 能 空 間 決 策 支 持 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 體 系 空 間 決 策 支 持 系 統(tǒng) 的 建 立 可 以 解 決 特 定 領(lǐng) 域 的 決策 問 題 。 但 是 它 的 建 立 過 程 是 一

22、 個(gè) 花 費(fèi) 很 長(zhǎng) 時(shí) 間的 工 程 ， 而 且 它 也 只 能 用 在 特 殊 的 領(lǐng) 域 ， 所 以 建立 空 間 決 策 支 持 系 統(tǒng) 最 經(jīng) 濟(jì) 和 靈 活 的 方 式 是 使 用軟 件 工 程 和 知 識(shí) 工 程 的 方 法 開 發(fā) 空 間 決 策 支 持 系統(tǒng) 開 發(fā) 環(huán) 境 （ 外 殼 或 產(chǎn) 生 器 ） ， 這 樣 領(lǐng) 域 專 家 就可 以 使 用 它 快 速 高 效 地 建 立 多 種 領(lǐng) 域 空 間 決 策 支持 系 統(tǒng) 。 也 就 是 說 開 發(fā) 一 個(gè) 通 用 的 開 發(fā) 工 具 ， 決策 者 可 以 用 來 定 制 、 修 改 、 調(diào) 整 、 擴(kuò) 展 空 間 決

23、策支 持 系 統(tǒng) 以 解 決 特 定 的 空 間 決 策 問 題 。 2 空 間 決 策 支 持 模 型 圖 10-8： 通 用 空 間 決 策 支 持 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 體 系 圖數(shù) 據(jù) DBMS問 題 用 戶 模 型MDBMS 知 識(shí)專 家專 家 系 統(tǒng) 殼2 空 間 決 策 支 持 模 型 系 統(tǒng) 的 核 心 是 一 個(gè) 專 家 系 統(tǒng) 殼 ， 它 可 以 單 獨(dú) 作 為專 家 系 統(tǒng) 開 發(fā) 工 具 ， 直 接 控 制 著 SDSS的 控 制 流和 信 息 流 ， 提 供 表 達(dá) 和 存 儲(chǔ) 非 結(jié) 構(gòu) 化 領(lǐng) 域 知 識(shí) ，它 還 包 含 了 推 理 控 制 、 系 統(tǒng) 和 用 戶

24、 界 面 和 對(duì) 外 交流 的 元 知 識(shí) ， 以 及 非 結(jié) 構(gòu) 化 空 間 知 識(shí) 的 推 理 機(jī) 。專 家 系 統(tǒng) 殼 有 一 個(gè) 與 外 部 數(shù) 據(jù) 庫 的 接 口 ， 包 括GIS， 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 和 遙 感 信 息 系 統(tǒng) 。 模 型 管 理 系統(tǒng) 管 理 和 處 理 程 式 知 識(shí) 包 括 算 法 、 統(tǒng) 計(jì) 程 序 和 數(shù)學(xué) 模 型 ， 它 也 有 一 個(gè) 與 專 家 系 統(tǒng) 殼 的 接 口 ， 可 以通 過 專 家 系 統(tǒng) 殼 的 元 知 識(shí) 進(jìn) 行 調(diào) 用 。 除 了 與 數(shù) 據(jù)庫 管 理 系 統(tǒng) 、 模 型 管 理 系 統(tǒng) 的 接 口 外 ， 友 好 的 用戶 界

25、面 和 知 識(shí) 獲 取 模 塊 也 是 專 家 系 統(tǒng) 殼 的 基 本 組成 部 分 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 2 5 空 間 決 策 支 持 系 統(tǒng) 的 模 型 管 理 系 統(tǒng) 為 解 決 自 然 和 人 文 過 程 中 出 現(xiàn) 的 各 種 復(fù) 雜 的 空 間 問題 ， 多 年 來 學(xué) 者 們 提 出 了 大 量 的 結(jié) 構(gòu) 化 模 型 ， 包 括統(tǒng) 計(jì) 方 法 、 數(shù) 學(xué) 模 型 、 啟 發(fā) 式 程 序 、 算 法 等 ， 這 些模 型 與 描 述 性 的 知 識(shí) 不 同 ， 具 有 高 度 結(jié) 構(gòu) 化 的 格 式和 固 定 的 執(zhí) 行 程 序 。 空 間 決 策 支 持 系

26、統(tǒng) 需 要 適 當(dāng) 地挑 選 和 組 織 有 關(guān) 的 模 型 ， 與 管 理 空 間 和 非 空 間 數(shù) 據(jù)的 數(shù) 據(jù) 庫 管 理 系 統(tǒng) 相 對(duì) 應(yīng) 的 ， 要 有 一 個(gè) 模 型 管 理 系統(tǒng) 。 2 空 間 決 策 支 持 模 型 模 型 管 理 系 統(tǒng) 應(yīng) 具 有 下 列 功 能 ： 幫 助 用 戶 選 擇 與 分 析 有 關(guān) 的 模 型 ； 對(duì) 多 種 類 型 的 模 型 進(jìn) 行 分 類 和 維 護(hù) 以 支 持 各 種 層次 的 決 策 過 程 ； 能 將 模 型 子 模 塊 組 合 復(fù) 雜 的 模 型 ； 提 供 恰 當(dāng) 的 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 滿 足 查 詢 、 分 析 、 顯 示

27、； 滿足 與 數(shù) 據(jù) 庫 的 嵌 入 或 數(shù) 據(jù) 交 換 ； 滿 足 模 型 與 描 述性 知 識(shí) 的 交 流 ； 提 供 用 戶 咨 詢 和 結(jié) 果 解 釋 的 友 好 界 面 ；2 空 間 決 策 支 持 模 型 下 面 給 出 一 個(gè) 分 類 示 例 ： 1） 決 策 問 題 分 類 第 一 級(jí) 分 類 ： 環(huán) 境 問 題 土 地 利 用 規(guī) 劃 問 題 資 源 分 配 問 題 設(shè) 施 配 置 問 題 網(wǎng) 絡(luò) 問 題 水 文 問 題 地 質(zhì) 問 題 海 岸 線 問 題2 空 間 決 策 支 持 模 型 假 設(shè) 關(guān) 心 的 是 網(wǎng) 絡(luò) 問 題 ， 第 二 級(jí) 分 類 ， 如 下 所 示 ：

28、 最 短 路 徑 最 少 搜 索 路 徑 問 題 貨 郎 擔(dān) 問 題 多 點(diǎn) 通 訊 問 題 運(yùn) 輸 問 題 商 品 流 問 題 對(duì) 于 每 個(gè) 選 擇 的 問 題 ， 還 可 以 繼 續(xù) 細(xì) 分 成 更 專 的 類 型 ，如 商 品 流 問 題 ， 可 以 繼 續(xù) 分 成 單 商 品 和 多 商 品 流 問 題 。要 選 擇 某 個(gè) 專 用 的 模 型 ， 用 戶 通 過 一 系 列 “ 是 或 否 ”的 問 題 向 導(dǎo) ， 直 到 找 到 需 要 的 解 決 問 題 的 模 型 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 2） 按 技 術(shù) 條 件 分 類 表 10-3： 決 策 問 題 的 分

29、類 示 例2 空 間 決 策 支 持 模 型 空 間 決 策 支 持 系 統(tǒng) 除 了 模 型 選 擇 的 問 題 外 ，模 型 與 數(shù) 據(jù) 庫 的 交 互 也 是 一 個(gè) 重 要 的 問 題 。不 同 的 模 型 具 有 不 同 的 數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 和 不 同 的 模型 與 數(shù) 據(jù) 庫 的 交 互 方 式 。 模 型 要 在 GIS環(huán) 境下 運(yùn) 行 ， 還 有 一 個(gè) 與 GIS數(shù) 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 的 兼 容 性問 題 。2 空 間 決 策 支 持 模 型 3 專 家 系 統(tǒng) 3 1專 家 系 統(tǒng) 的 基 本 組 成 專 家 系 統(tǒng) 是 人 工 智 能 在 信 息 系 統(tǒng) 中 的 應(yīng) 用 ， 它

30、是 一 個(gè)智 能 計(jì) 算 機(jī) 程 序 系 統(tǒng) ， 其 內(nèi) 部 具 有 大 量 專 家 水 平 的 某個(gè) 領(lǐng) 域 知 識(shí) 與 經(jīng) 驗(yàn) ， 能 夠 利 用 人 類 專 家 的 知 識(shí) 和 解 決問 題 的 方 法 來 解 決 該 領(lǐng) 域 的 問 題 。 專 家 系 統(tǒng) 的 主 要 功能 取 決 于 大 量 的 知 識(shí) 。 設(shè) 計(jì) 專 家 系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 是 知 識(shí) 表達(dá) 和 知 識(shí) 運(yùn) 用 。 一 般 的 專 家 系 統(tǒng) 包 括 數(shù) 據(jù) 庫 ， 知 識(shí) 庫 ，推 理 機(jī) ， 解 釋 器 及 知 識(shí) 獲 取 五 個(gè) 部 分 組 成 ， 它 的 結(jié) 構(gòu)如 圖 10-9所 示 。 圖 10-9： 專

31、 家 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 圖專 家 知 識(shí)知 識(shí) 獲 取 人 機(jī) 交 互 界 面推 理 機(jī) 解釋器數(shù) 據(jù) 庫知 識(shí) 庫 專 家 系 統(tǒng)3 專 家 系 統(tǒng) 1） 知 識(shí) 庫 知 識(shí) 庫 用 于 存 取 和 管 理 所 獲 取 的 專 家 知 識(shí) 和 經(jīng) 驗(yàn) ，供 推 理 機(jī) 利 用 ， 具 有 知 識(shí) 存 儲(chǔ) 、 檢 索 、 編 輯 、 增刪 、 修 改 和 擴(kuò) 充 功 能 。 2） 數(shù) 據(jù) 庫 用 來 存 放 系 統(tǒng) 推 理 過 程 中 用 到 的 控 制 信 息 ， 中 間假 設(shè) 和 中 間 結(jié) 果 。 3） 推 理 機(jī) 用 于 利 用 知 識(shí) 進(jìn) 行 推 理 ， 求 解 專 門 問 題 ， 具

32、 有 啟發(fā) 推 理 、 算 法 推 理 ； 正 向 、 反 向 或 雙 向 推 理 ； 串行 或 并 行 推 理 等 功 能 。3 專 家 系 統(tǒng) 4） 解 釋 器 解 釋 器 用 于 作 為 專 家 系 統(tǒng) 與 用 戶 的 “ 人 機(jī) ” 接口 ， 其 功 能 是 向 用 戶 解 釋 系 統(tǒng) 的 行 為 ， 包 括 ： （ 4 1） 咨 詢 理 解 （ 4 2） 結(jié) 論 解 釋 5） 知 識(shí) 獲 取 器 知 識(shí) 獲 取 是 專 家 系 統(tǒng) 與 專 家 的 “ 界 面 ” 。 知 識(shí) 庫中 的 知 識(shí) 一 般 都 是 通 過 “ 人 工 移 植 ” 方 法 獲 得 ，“ 界 面 ” 就 是 知

33、 識(shí) 工 程 師 ， 采 用 “ 專 題 面 談 ” ，“ 口 語 記 錄 分 析 ” 等 方 式 獲 取 知 識(shí) ， 經(jīng) 過 整 理 后 ，再 輸 入 知 識(shí) 庫 。 為 了 提 高 知 識(shí) 工 程 師 獲 得 專 家 知識(shí) 的 效 率 ， 可 以 借 助 “ 知 識(shí) 獲 取 輔 助 工 具 ” 來 輔助 專 家 整 理 知 識(shí) 或 輔 助 擴(kuò) 充 和 修 改 數(shù) 據(jù) 庫 。3 專 家 系 統(tǒng) 3 2專 家 系 統(tǒng) 的 知 識(shí) 處 理 3 2 1人 工 智 能 與 專 家 系 統(tǒng) 人 工 智 能 的 目 的 是 用 計(jì) 算 機(jī) 模 擬 人 類 ， 其 中 包 括模 擬 人 類 的 動(dòng) 作 機(jī)

34、 器 人 ， 模 擬 人 類 的 視 聽 能力 計(jì) 算 機(jī) 視 覺 、 聽 覺 的 模 式 識(shí) 別 ， 模 擬 人 類語 言 計(jì) 算 機(jī) 自 然 語 言 ， 模 擬 人 腦 電 腦 。人 工 智 能 主 要 的 目 的 是 模 擬 人 腦 的 功 能 ， 但 是 目前 人 們 對(duì) 人 腦 的 思 維 過 程 并 不 十 分 清 楚 ， 因 此 人工 智 能 的 概 念 也 不 可 能 非 常 清 楚 。 許 多 人 工 智 能的 研 究 只 局 限 于 形 式 邏 輯 的 推 導(dǎo) ， 凡 是 超 出 了 形式 邏 輯 范 疇 的 ， 都 被 是 認(rèn) 為 無 法 解 決 的 問 題 。 現(xiàn)在 理

35、 解 的 人 工 智 能 主 要 是 指 用 計(jì) 算 機(jī) 完 成 邏 輯 推理 的 過 程 。3 專 家 系 統(tǒng) 3 2 2知 識(shí) 表 示 知 識(shí) 表 示 就 是 知 識(shí) 的 形 式 化 ， 就 是 研 究 用 機(jī) 器表 示 知 識(shí) 的 可 行 的 、 有 效 的 、 通 用 的 原 則 和 方法 。 目 前 常 用 的 知 識(shí) 表 示 方 法 有 ： 產(chǎn) 生 式 規(guī) 則 、語 義 網(wǎng) 絡(luò) 法 、 框 架 表 示 法 、 與 或 圖 法 ， 過 程 表示 法 、 特 征 表 示 法 、 黑 板 結(jié) 構(gòu) 、 Petri網(wǎng) 絡(luò) 法 、神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 等 。3 專 家 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 式 規(guī) 則 使

36、 用 “ 若 ， 則 。 ” 語 句（ If,Then） 。 “ 若 ” 可 以 是 一 個(gè) 條 件 ， 也 可 以 是 多個(gè) 條 件 ； “ 則 ” 也 可 以 是 一 個(gè) 結(jié) 論 ， 也 可 以 是 多 個(gè) 結(jié)論 。 也 稱 為 正 向 式 推 理 ， 有 以 下 幾 種 情 況 ： 1） 一 對(duì) 一 ： If (1), then (a)。 2） 一 對(duì) 多 ： If (1)， then (a), (b), (n)。 3） 多 對(duì) 一 ： If (1), (2), ,(m); then (a)。 4） 多 對(duì) 多 ： If (1), (2), ,(m); then (a),(b),(n)。

37、3 專 家 系 統(tǒng) If,then 語 句 是 從 已 知 條 件 ， 推 論 結(jié) 果 的 語 句 ， 反之 ， 從 結(jié) 果 推 出 條 件 稱 為 后 向 式 推 理 。 同 樣 有 四 種情 況 ， 一 對(duì) 一 ， 一 對(duì) 多 ， 多 對(duì) 一 ， 多 對(duì) 多 ： 1） 一 對(duì) 一 ： Conclusion (a);Need(1)。 2） 一 對(duì) 多 ： Conclusion (a);Need(1),(2),(m)。 3） 多 對(duì) 一 ： Conclusion (a),(b),(n);Need (1)。 4） 多 對(duì) 多 ： Conclusion (a),(b),(n);Need (1),(

38、2),(m)。 由 此 可 見 ， 產(chǎn) 生 式 規(guī) 則 的 正 向 式 推 理 與 逆 向 式 推 理都 是 在 確 定 性 問 題 中 的 處 理 方 法 。 對(duì) 于 不 確 定 性 的問 題 ， 產(chǎn) 生 式 規(guī) 則 不 能 解 決 問 題 ， 需 要 結(jié) 合 其 它 的表 示 方 法 。3 專 家 系 統(tǒng) 3 2 3 知 識(shí) 推 理 推 理 是 指 依 據(jù) 一 定 規(guī) 則 從 已 有 的 事 實(shí) 推 出 結(jié) 論 的過 程 。 專 家 系 統(tǒng) 中 的 自 動(dòng) 推 理 是 知 識(shí) 推 理 ， 它 是專 家 系 統(tǒng) 中 問 題 求 解 的 主 要 手 段 。 知 識(shí) 推 理 與 知 識(shí) 表 示

39、有 密 切 關(guān) 系 ， 根 據(jù) 知 識(shí) 表 示的 特 點(diǎn) ， 知 識(shí) 推 理 方 法 可 分 為 圖 搜 索 方 法 和 邏 輯論 證 方 法 兩 類 。3 專 家 系 統(tǒng) 圖 搜 索 方 法 在 專 家 系 統(tǒng) 的 知 識(shí) 表 示 中 ， 許 多 基 本 的 、 常 用的 表 達(dá) 方 式 都 具 有 “ 圖 ” 的 形 式 ， 或 者 可 以 變換 為 相 應(yīng) 的 圖 的 形 式 ， 而 且 通 常 可 以 用 與 或 圖來 進(jìn) 行 表 達(dá) 。 例 如 ， 狀 態(tài) 空 間 圖 、 與 或 圖 、 語義 網(wǎng) 格 圖 ， 以 及 由 產(chǎn) 生 式 規(guī) 則 或 框 架 表 示 方 法所 轉(zhuǎn) 換 的

40、與 或 圖 或 網(wǎng) 絡(luò) 圖 。3 專 家 系 統(tǒng) 基 于 圖 的 知 識(shí) 表 達(dá) ， 問 題 求 解 的 知 識(shí) 推 理 過程 ， 就 是 從 圖 中 相 當(dāng) 于 初 始 狀 態(tài) 的 出 發(fā) 節(jié) 點(diǎn)到 相 當(dāng) 于 目 標(biāo) 狀 態(tài) 的 終 止 節(jié) 點(diǎn) 的 路 線 搜 索 過程 ， 即 搜 索 從 初 始 狀 態(tài) 有 效 的 轉(zhuǎn) 移 到 目 標(biāo) 所經(jīng) 歷 的 最 優(yōu) 的 或 最 經(jīng) 濟(jì) 的 線 路 ， 相 應(yīng) 的 知 識(shí)推 理 方 法 即 圖 搜 索 方 法 。 例 如 ， 對(duì) 于 具 有 樹狀 的 狀 態(tài) 空 間 圖 ， 稱 為 “ 問 題 樹 ” ， 基 本 的圖 搜 索 方 法 有 ： 寬

41、度 優(yōu) 先 搜 索 、 深 度 優(yōu) 先 搜索 法 等 。3 專 家 系 統(tǒng) 邏 輯 論 證 方 法 當(dāng) 知 識(shí) 表 示 采 用 謂 詞 邏 輯 或 其 他 形 式 邏 輯 方 法時(shí) ， 知 識(shí) 推 理 也 可 以 采 取 邏 輯 論 證 方 法 。 在 這種 情 況 下 ， 求 解 一 個(gè) 問 題 相 應(yīng) 于 證 明 一 個(gè) 定 理或 幾 個(gè) 定 理 ， 問 題 求 解 的 知 識(shí) 推 理 過 程 ， 相 應(yīng)于 用 數(shù) 理 邏 輯 方 法 進(jìn) 行 定 理 證 明 的 過 程 。 知 識(shí)推 理 方 法 即 邏 輯 論 證 方 法 。3 專 家 系 統(tǒng) 根 據(jù) 問 題 求 解 的 推 理 過 程

42、是 否 運(yùn) 用 啟 發(fā) 性 知識(shí) ， 知 識(shí) 推 理 方 法 可 分 為 啟 發(fā) 推 理 和 非 啟 發(fā)推 理 兩 類 。 發(fā) 推 理 非 啟 發(fā) 推 理3 專 家 系 統(tǒng) 根 據(jù) 問 題 求 解 的 推 理 過 程 中 結(jié) 論 是 否 精 確 ，知 識(shí) 推 理 方 法 可 分 為 精 確 推 理 和 不 精 確 推理 兩 類 。 精 確 推 理 不 精 確 推 理 根 據(jù) 問 題 求 解 過 程 中 特 殊 和 一 般 的 關(guān) 系 ，知 識(shí) 推 理 方 法 可 分 為 演 繹 推 理 和 歸 納 推 理 ；根 據(jù) 求 解 推 理 過 程 中 的 推 理 的 方 向 ， 知 識(shí)推 理 方 法

43、可 分 為 正 向 推 理 、 反 向 推 理 和 正反 向 混 合 推 理 三 類 。3 專 家 系 統(tǒng) 3 3 空 間 分 類 專 家 系 統(tǒng) 實(shí) 例 土 地 類 型 分 類 空 間 分 類 是 GIS和 遙 感 信 息 系 統(tǒng) 最 常 用 的 功 能 ，將 空 間 單 元 歸 組 分 類 是 智 能 GIS的 基 本 功 能 。 傳統(tǒng) 的 分 類 基 于 二 值 邏 輯 ， 認(rèn) 為 區(qū) 域 分 類 界 限 是 明顯 的 ， 基 本 空 間 單 元 （ 矢 量 或 柵 格 結(jié) 構(gòu) ） 屬 于 且只 屬 于 一 個(gè) 空 間 類 別 。 然 而 ， 事 實(shí) 上 空 間 類 別 之間 的 界 限

44、 通 常 是 模 糊 的 ， 是 漸 變 的 而 不 是 突 變 的 ，所 以 在 空 間 分 類 中 引 入 模 糊 邏 輯 會(huì) 提 高 分 類 的 精度 。 另 外 空 間 分 類 也 是 一 個(gè) 基 于 人 們 對(duì) 空 間 現(xiàn) 象的 認(rèn) 知 和 知 識(shí) 的 心 理 判 斷 過 程 ， 開 發(fā) 一 個(gè) 帶 有GIS的 專 家 系 統(tǒng) 是 很 有 必 要 的 。 下 面 是 一 個(gè) 基 于 遙 感 影 象 的 土 地 類 型 專 家 分 類 系統(tǒng) 實(shí) 例 。3 專 家 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 采 用 4波 段 LANDSAT MSS影 象 數(shù) 據(jù) ， 分 類 系 統(tǒng) 所 采 用的 分 類 依 據(jù) 如

45、 圖 10-10所 示 ： 圖 10-10： 土 地 利 用 分 類 空 間 單 元 陸 地 水 域 清 水 混 水 無 植 被 植 被 城 市 和 其 它 用 地 荒 地 3 專 家 系 統(tǒng) 根 據(jù) 專 家 的 經(jīng) 驗(yàn) ， 不 能 武 斷 的 使 用 一 個(gè) 波 段 數(shù) 值作 為 分 類 的 界 限 ， 為 反 映 光 譜 反 射 的 漸 變 性 ， 使用 了 模 糊 邏 輯 方 法 表 示 推 理 規(guī) 則 。 以 規(guī) 則 r1為 例 ，在 劃 分 水 域 時(shí) 不 是 只 取 波 段 3（ x3） 的 一 個(gè) 數(shù) 值5和 波 段 4（ x4） 中 的 一 個(gè) 數(shù) 值 8作 為 分 類 依 據(jù)

46、 ，而 是 用 了 模 糊 集 的 方 法 允 許 漸 變 特 征 。3 專 家 系 統(tǒng) 模 糊 集 表 示 如 圖 10-11。 圖 10-11： 模 糊 集 10 8 12x3（ 波 段 3） 10 5 10 x4（ 波 段 4） 隸 屬 度 隸 屬 度 3 專 家 系 統(tǒng) 由 于 專 家 對(duì) 分 類 規(guī) 則 非 常 確 定 ， 所 以 確 定 性 因 子為 1。 若 確 定 性 水 平 的 不 同 ， 確 定 性 因 子 可 在 0，1范 圍 內(nèi) 取 值 。 分 類 的 結(jié) 果 通 過 地 理 信 息 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 顯 示 ， 當(dāng) 分 類結(jié) 果 精 確 時(shí) ， 系 統(tǒng) 會(huì) 自 動(dòng) 顯

47、示 分 類 結(jié) 果 。 當(dāng) 分 類結(jié) 果 存 在 誤 差 時(shí) ， 混 合 象 元 同 時(shí) 被 標(biāo) 識(shí) 和 顯 示 ，同 時(shí) 土 地 類 型 漸 變 造 成 的 模 糊 邊 界 也 可 顯 示 ， 模糊 邊 界 的 寬 度 在 土 地 類 型 混 雜 的 地 方 用 不 同 的 閥值 控 制 。 3 專 家 系 統(tǒng) 4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 自 動(dòng) 數(shù) 據(jù) 采 集 工 具 的 越 來 越 廣 泛 的 應(yīng) 用 ， 日益 豐 富 的 空 間 和 非 空 間 數(shù) 據(jù) 收 集 和 存 儲(chǔ) 于 大空 間 數(shù) 據(jù) 庫 中 ， 海 量 的 地 理 數(shù) 據(jù) 在 一 定 程 度上 已 經(jīng) 超

48、 過 了 人 們 能 夠 處 理 的 能 力 ， 從 這 些海 量 的 數(shù) 據(jù) 中 提 取 和 發(fā) 現(xiàn) 地 學(xué) 知 識(shí) ， 給 當(dāng) 前GIS技 術(shù) 提 出 了 巨 大 的 挑 戰(zhàn) 。 新 的 需 求 推 動(dòng)著 GIS從 操 作 型 信 息 系 統(tǒng) 向 分 析 型 信 息 系 統(tǒng)過 渡 ， 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 最 新 的 數(shù) 據(jù) 倉 庫 和 數(shù) 據(jù) 庫知 識(shí) 發(fā) 現(xiàn) 技 術(shù) 為 GIS組 織 、 管 理 海 量 空 間 和非 空 間 數(shù) 據(jù) 提 供 了 新 的 思 路 。 4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 GIS在 空 間 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 、 表 達(dá) 和 管 理 方 面 的 能力

49、已 得 到 廣 泛 的 認(rèn) 可 ， 增 強(qiáng) GIS分 析 功 能 ，提 高 GIS解 決 地 學(xué) 實(shí) 際 問 題 的 能 力 已 得 到 共識(shí) 。 GIS吸 收 數(shù) 據(jù) 倉 庫 的 思 想 ， 將 空 間 分 析和 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 方 法 緊 密 集 成 ， 充 分 利 用GIS數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 、 管 理 空 間 數(shù) 據(jù) 的 功 能 ， 使 海量 的 地 理 空 間 數(shù) 據(jù) 變 成 無 限 的 知 識(shí) ， 使 GIS成 為 智 能 的 信 息 系 統(tǒng) 。 4 1數(shù) 據(jù) 倉 庫 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 存 在 兩 類 不 同 的 處 理 ： 操 作 型 處 理 和 分 析型 處 理 。 操

50、作 型 處 理 也 叫 事 務(wù) 型 處 理 ， 是 指 對(duì) 數(shù) 據(jù) 庫聯(lián) 機(jī) 進(jìn) 行 的 日 常 操 作 ， 通 常 是 對(duì) 一 個(gè) 或 一 組 記 錄 的 查詢 和 修 改 ， 主 要 為 企 業(yè) 特 定 應(yīng) 用 服 務(wù) ， 對(duì) 此 人 們 關(guān) 心的 是 響 應(yīng) 時(shí) 間 、 數(shù) 據(jù) 的 安 全 性 和 完 整 性 。 分 析 型 處 理是 用 于 管 理 人 員 的 決 策 分 析 ， 例 如 決 策 支 持 系 統(tǒng) 、 專家 系 統(tǒng) 和 多 維 分 析 等 ， 經(jīng) 常 要 訪 問 大 量 的 歷 史 數(shù) 據(jù) 。 兩 者 的 巨 大 差 別 使 得 操 作 型 處 理 和 分 析 型 處 理

51、 的 分 離成 為 必 然 ， 于 是 數(shù) 據(jù) 庫 由 操 作 型 環(huán) 境 發(fā) 展 成 為 操 作 型環(huán) 境 和 分 析 型 環(huán) 境 的 新 體 系 化 環(huán) 境 。 在 此 新 體 系 環(huán) 境中 數(shù) 據(jù) 倉 庫 處 于 核 心 地 位 ， 它 是 建 立 決 策 支 持 系 統(tǒng) 的基 礎(chǔ) 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 數(shù) 據(jù) 倉 庫 是 指 面 向 主 題 的 、 集 成 的 、 穩(wěn) 定 的 、 隨 著 時(shí)間 變 化 的 數(shù) 據(jù) 集 合 ， 用 以 支 持 管 理 決 策 。 這 一 定 義 指出 了 數(shù) 據(jù) 倉 庫 的 目 標(biāo) 是 為 了 制 定 管 理 的 決 策 提

52、供 支 持信 息 。 正 象 企 業(yè) 為 了 發(fā) 展 要 進(jìn) 行 業(yè) 務(wù) 重 組 一 樣 ， 為 了支 持 管 理 決 策 需 要 也 要 按 決 策 業(yè) 務(wù) 科 目 的 要 求 重 組 在線 事 務(wù) 處 理 （ OLTP） 系 統(tǒng) 中 的 數(shù) 據(jù) ， 并 要 按 不 同 決 策 ，分 析 內(nèi) 容 分 別 組 織 使 之 方 便 使 用 。 也 就 是 說 ， 數(shù) 據(jù) 倉庫 是 一 種 把 收 集 的 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 變 成 有 意 義 的 信 息 技 術(shù) 。 數(shù)據(jù) 可 以 來 源 于 許 多 不 同 的 數(shù) 據(jù) 源 ， 包 括 不 同 的 數(shù) 據(jù) 庫系 統(tǒng) ， 甚 至 來 源 于 不 同 的 操

53、 作 系 統(tǒng) 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 圖 10-12： 數(shù) 據(jù) 倉 庫 體 系 結(jié) 構(gòu)4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 典 型 的 數(shù) 據(jù) 倉 庫 體 系 結(jié) 構(gòu) 如 圖 10-12， 數(shù) 據(jù) 從 多 個(gè)操 作 型 數(shù) 據(jù) 庫 和 外 部 文 件 中 抽 取 ， 抽 取 出 來 的 數(shù) 據(jù)要 進(jìn) 行 清 理 、 轉(zhuǎn) 換 和 集 成 ， 然 后 裝 入 數(shù) 據(jù) 倉 庫 中 。裝 入 倉 庫 的 數(shù) 據(jù) 形 式 取 決 于 數(shù) 據(jù) 倉 庫 里 數(shù) 據(jù) 庫 的 設(shè)計(jì) ， 一 般 的 數(shù) 據(jù) 倉 庫 設(shè) 計(jì) 方 法 是 多 維 數(shù) 據(jù) 模 型 ， 具體 表 現(xiàn)

54、為 星 形 模 式 或 雪 花 模 式 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 4 2數(shù) 據(jù) 挖 掘 隨 著 大 量 的 大 規(guī) 模 的 數(shù) 據(jù) 庫 迅 速 不 斷 地 增 長(zhǎng) ，人 們 對(duì) 數(shù) 據(jù) 庫 的 應(yīng) 用 已 不 滿 足 于 僅 對(duì) 數(shù) 據(jù) 庫 進(jìn)行 查 詢 和 檢 索 。 僅 用 查 詢 檢 索 不 能 幫 助 用 戶 從數(shù) 據(jù) 中 提 取 帶 有 結(jié) 論 性 的 有 用 信 息 。 這 樣 數(shù) 據(jù)庫 中 蘊(yùn) 藏 的 豐 富 知 識(shí) ， 就 得 不 到 充 分 的 發(fā) 掘 和利 用 ， 形 成 “ 數(shù) 據(jù) 豐 富 而 知 識(shí) 貧 乏 ” 的 現(xiàn) 象 。另 外 ， 從 人

55、工 智 能 應(yīng) 用 來 看 ， 專 家 系 統(tǒng) 的 研 究雖 然 取 得 了 一 定 的 進(jìn) 展 。 但 是 ， 知 識(shí) 獲 取 仍 然是 專 家 系 統(tǒng) 研 究 中 的 瓶 頸 。 4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 數(shù) 據(jù) 挖 掘 技 術(shù) 集 成 了 機(jī) 器 學(xué) 習(xí) 、 數(shù) 據(jù) 庫 系 統(tǒng) 、 數(shù)據(jù) 可 視 化 、 統(tǒng) 計(jì) 和 信 息 理 論 等 多 領(lǐng) 域 的 最 新 技 術(shù) ，有 著 廣 泛 的 應(yīng) 用 前 景 。 數(shù) 據(jù) 挖 掘 主 要 分 為 以 下 四 個(gè) 步 驟 ： 1） 數(shù) 據(jù) 選 取 2） 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 3） 數(shù) 據(jù) 挖 掘 4） 結(jié) 果 解 釋4 數(shù) 據(jù) 倉

56、 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 當(dāng) 執(zhí) 行 完 一 個(gè) 挖 掘 過 程 后 ， 有 時(shí) 可 能 需 要 重 新 修 改 挖 掘 過 程 ， 還可 能 增 加 其 它 數(shù) 據(jù) ， 數(shù) 據(jù) 挖 掘 過 程 可 以 通 過 適 當(dāng) 的 反 饋 反 復(fù) 進(jìn) 行 ，如 圖 10-13所 示 。 圖 10-13： 知 識(shí) 挖 掘 過 程4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 數(shù) 據(jù) 挖 掘 涉 及 的 學(xué) 科 領(lǐng) 域 和 方 法 很 多 ， 有 多 種 分 類法 。 根 據(jù) 知 識(shí) 發(fā) 現(xiàn) 任 務(wù) ， 可 分 為 分 類 或 預(yù) 測(cè) 模 型 發(fā)現(xiàn) 、 數(shù) 據(jù) 總 結(jié) 、 聚 類 、 關(guān) 聯(lián) 規(guī)

57、則 發(fā) 現(xiàn) 、 序 列 模 式 發(fā)現(xiàn) 、 依 賴 關(guān) 系 或 依 賴 模 型 發(fā) 現(xiàn) 、 異 常 和 趨 勢(shì) 發(fā) 現(xiàn) 等等 ； 根 據(jù) 知 識(shí) 發(fā) 現(xiàn) 對(duì) 象 ， 可 分 為 關(guān) 系 數(shù) 據(jù) 庫 、 面 向 對(duì) 象數(shù) 據(jù) 庫 、 空 間 數(shù) 據(jù) 庫 、 時(shí) 間 數(shù) 據(jù) 庫 、 文 本 數(shù) 據(jù) 源 、多 媒 體 數(shù) 據(jù) 庫 、 異 質(zhì) 數(shù) 據(jù) 庫 、 Web數(shù) 據(jù) 庫 ；4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 根 據(jù) 知 識(shí) 發(fā) 現(xiàn) 方 法 ， 可 粗 分 為 機(jī) 器 學(xué) 習(xí) 方 法 、 統(tǒng) 計(jì)方 法 、 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 方 法 和 數(shù) 據(jù) 庫 方 法 。 機(jī) 器 學(xué) 習(xí) 中 ，可 細(xì)

58、分 為 歸 納 學(xué) 習(xí) 方 法 (決 策 樹 、 規(guī) 則 歸 納 等 )、 基于 范 例 學(xué) 習(xí) 、 遺 傳 算 法 等 。 統(tǒng) 計(jì) 方 法 中 ， 可 細(xì) 分 為回 歸 分 析 (多 元 回 歸 、 自 回 歸 等 )、 判 別 分 析 (貝 葉 斯判 別 、 費(fèi) 歇 爾 判 別 、 非 參 數(shù) 判 別 等 )、 聚 類 分 析 (系統(tǒng) 聚 類 、 動(dòng) 態(tài) 聚 類 等 )、 探 索 性 分 析 (主 元 分 析 法 、相 關(guān) 分 析 法 等 )等 。 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 方 法 中 ， 可 細(xì) 分 為 前向 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) (BP算 法 等 )、 自 組 織 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) (自 組 織特 征

59、映 射 、 競(jìng) 爭(zhēng) 學(xué) 習(xí) 等 )等 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 4 3空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 空 間 數(shù) 據(jù) 是 與 占 有 一 定 空 間 的 對(duì) 象 有 關(guān) 的 數(shù) 據(jù) ，空 間 數(shù) 據(jù) 庫 是 通 過 空 間 數(shù) 據(jù) 類 型 和 空 間 關(guān) 系 存 儲(chǔ)和 管 理 空 間 數(shù) 據(jù) 。 空 間 數(shù) 據(jù) 通 常 具 有 拓 撲 和 距 離信 息 ， 通 過 空 間 索 引 進(jìn) 行 組 織 和 查 詢 。 空 間 數(shù) 據(jù)特 有 的 性 質(zhì) 給 空 間 數(shù) 據(jù) 庫 的 知 識(shí) 發(fā) 現(xiàn) 提 出 了 挑 戰(zhàn)和 機(jī) 遇 。 空 間 數(shù) 據(jù) 庫 的 知 識(shí) 發(fā) 現(xiàn) 或 空 間 數(shù)

60、據(jù) 挖 掘 ，可 以 定 義 為 從 空 間 數(shù) 據(jù) 庫 中 提 取 隱 含 的 知 識(shí) 、 和沒 有 直 接 存 儲(chǔ) 的 空 間 關(guān) 系 、 空 間 模 式 的 過 程 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 技 術(shù) ， 特 別 是 空 間 數(shù) 據(jù) 理 解 、 空 間和 非 空 間 數(shù) 據(jù) 關(guān) 系 發(fā) 現(xiàn) 、 空 間 知 識(shí) 庫 構(gòu) 造 、 空 間數(shù) 據(jù) 庫 的 查 詢 優(yōu) 化 和 數(shù) 據(jù) 組 織 ， 在 GIS、 遙 感 、影 象 數(shù) 據(jù) 庫 、 機(jī) 器 人 運(yùn) 動(dòng) 等 涉 及 空 間 數(shù) 據(jù) 的 應(yīng) 用系 統(tǒng) 中 很 有 前 景 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與

61、 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 下 面 簡(jiǎn) 要 介 紹 目 前 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 使 用 的 一 些方 法 ： 1） 統(tǒng) 計(jì) 分 析 方 法 目 前 空 間 數(shù) 據(jù) 分 析 最 常 用 的 方 法 是 統(tǒng) 計(jì) 分 析方 法 。 統(tǒng) 計(jì) 分 析 非 常 適 合 處 理 數(shù) 值 型 數(shù) 據(jù) ，統(tǒng) 計(jì) 分 析 方 法 多 年 來 積 累 了 大 量 的 算 法 ， 可以 用 于 對(duì) 空 間 現(xiàn) 象 建 模 和 分 析 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 2） 基 于 概 括 的 方 法 基 于 概 括 的 方 法 是 一 種 面 向 屬 性 的 歸 納 學(xué) 習(xí) 方 法 ，用 于 空 間

62、 數(shù) 據(jù) 挖 掘 ， 可 將 空 間 和 非 空 間 屬 性 的 關(guān)系 概 括 成 高 層 次 的 概 念 知 識(shí) 。 它 需 要 背 景 知 識(shí) ，即 概 念 層 次 體 系 ， 常 以 概 念 樹 的 形 式 給 出 。 如 圖10-14所 示 的 是 一 個(gè) 農(nóng) 業(yè) 土 地 利 用 的 概 念 樹 。 同 樣地 ， 空 間 數(shù) 據(jù) 也 存 在 類 似 地 概 念 層 次 ， 如 鄉(xiāng) 鎮(zhèn) 縣 市 省 國(guó) 家 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 面 向 屬 性 的 歸 納 學(xué) 習(xí) 方 法 ， 通 過 概 念 樹 攀 升 而得 到 概 括 的 數(shù) 據(jù) ， 概 括 的 數(shù) 據(jù) 可

63、直 接 轉(zhuǎn) 換 成 規(guī)則 或 邏 輯 表 達(dá) 式 ， 可 用 于 發(fā) 現(xiàn) 普 遍 特 征 規(guī) 則 和區(qū) 劃 規(guī) 則 。 圖 10-14： 概 括 歸 納 示 例 農(nóng) 作 物經(jīng) 濟(jì) 作 物 糧 食 作 物 水 果 蔬 菜 水 稻 小 麥黃 瓜土 豆蘋 果柑 橘 4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 基 于 概 括 的 方 法 一 般 有 以 非 空 間 數(shù) 據(jù) 為 主 的 概 括 和 以 空間 數(shù) 據(jù) 為 主 的 概 括 兩 種 算 法 。 這 兩 種 算 法 的 第 一 步 都 是選 取 用 戶 特 定 的 查 詢 數(shù) 據(jù) 。 接 下 來 ， 非 空 間 數(shù) 據(jù) 為 主 的概 括 算

64、 法 過 程 是 ： （ A） 概 念 樹 攀 升 ， 即 將 元 組 的 屬 性 變 為 高 層 次 的 屬 性 ； （ B） 屬 性 刪 除 ， 刪 除 那 些 不 可 能 概 括 的 特 殊 屬 性 值 ； （ C） 合 并 標(biāo) 識(shí) 后 的 元 組 。 歸 納 過 程 直 到 所 有 的 屬 性 概 括 到 合 適 的 層 次 為 止 。 最 后將 概 括 后 屬 性 值 相 同 的 相 鄰 區(qū) 域 合 并 ， 結(jié) 果 得 到 一 幅 概念 層 次 較 高 的 、 而 區(qū) 域 較 少 的 圖 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 3） 聚 類 方 法 聚 類 分 析 是 統(tǒng)

65、計(jì) 分 析 的 一 個(gè) 分 支 ， 這 種 方 法 的 主 要優(yōu) 點(diǎn) 是 不 需 要 背 景 知 識(shí) ， 可 以 直 接 從 數(shù) 據(jù) 中 發(fā) 現(xiàn) 感興 趣 的 結(jié) 構(gòu) 或 聚 類 模 式 ， 類 似 于 機(jī) 器 學(xué) 習(xí) 中 的 非 監(jiān)督 學(xué) 習(xí) 。 聚 類 分 析 與 面 向 屬 性 歸 納 推 理 結(jié) 合 ， 為 描 述 相 似 對(duì)象 的 空 間 行 為 提 供 了 可 能 ， 或 用 于 判 定 不 同 類 別 的特 征 。 同 樣 可 分 為 以 空 間 數(shù) 據(jù) 為 主 和 以 非 空 間 數(shù) 據(jù)為 主 兩 種 方 法 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 以 空 間 數(shù) 據(jù)

66、 為 主 的 方 法 ， 首 先 通 過 基 于 采 樣 的 高 效的 聚 類 算 法 將 與 任 務(wù) 有 關(guān) 的 空 間 對(duì) 象 （ 如 點(diǎn) ） 分 類 ，接 著 對(duì) 非 空 間 數(shù) 據(jù) 使 用 面 向 屬 性 歸 納 推 理 方 法 ， 提取 描 述 各 類 一 般 屬 性 。 以 非 空 間 數(shù) 據(jù) 為 主 的 方 法 ， 首 先 將 與 任 務(wù) 有 關(guān) 的 空間 對(duì) 象 概 括 到 較 高 的 概 念 層 次 ， 進(jìn) 行 聚 類 分 析 ， 然后 將 空 間 對(duì) 象 進(jìn) 行 合 并 處 理 。4 數(shù) 據(jù) 倉 庫 與 空 間 數(shù) 據(jù) 挖 掘 4） 空 間 關(guān) 聯(lián) 規(guī) 則 方 法 關(guān) 聯(lián) 規(guī) 則 的 提 出 源 于 交 易 數(shù) 據(jù) 集 中 發(fā) 現(xiàn) 商 品 之 間 隱 含 的相 互 依 賴 關(guān) 系 。 如 果 在 超 市 的 數(shù) 據(jù) 庫 中 發(fā) 現(xiàn) 的 一 條 規(guī) 則 ，形 式 為 “ W B（ C%） ” ， 規(guī) 則 的 含 義 是 “ 如 果 交 易 中出 現(xiàn) 了 W模 式 ， 就 有 C%的 可 能 性 （ 可 信 度 ） 出 現(xiàn) B交 易模 式 ” 。 例 如 規(guī) 則 “ 牛