第四章屬性值約簡 決策規則約簡

2022-07-20 18:21:02 字數 4394 閱讀 8162

§1 屬性值約簡

屬性約簡分兩類,一類是資訊表約簡,一類是決策表約簡。資訊系統s=的約簡,是對整個屬性集a進行約簡,要求利用最少屬性的屬性集能提供與原屬性集a同樣多的資訊,在此若是冗餘屬性,則是將a去掉後則a-與a具有同樣的分類能力,即有下面相同的等價類族:

若是獨立的,即中任意去掉乙個屬性,都將改變其分類能力,則就是a的乙個約簡。a的約簡是a中獨立的子集p並且p與a具有同樣的分類能力,而中的屬性對p來說都是冗餘屬性。資訊表的特點是屬性集不再劃分為條件屬性集和決策屬性集。

對於決策表來說,約簡的情況不同,它不是針對整個屬性集a進行的,約簡的只是條件屬性集。決策表的約簡分兩部分:

第一步:屬性集約簡

若果,滿足p是關於決策屬性集d獨立的,並且,則p是c的d約簡。c中的所有d約簡的交稱為c的核,記作。

第二步:屬性值約簡

設是一致性決策表,是c的d約簡。值約簡是針對相對約簡而言的,或說屬性值約簡是對決策表上每一條決策規則來說的。關於決策規則中屬性值約簡,下面例題提供了屬性值約簡的理論依據。

決策表上一條決策規則的條件屬性值可以被約去,當且僅當約去該屬性值後,仍然保持該條規則的一致性,即不出現與該條規則不一致的規則。

約簡演算法的步驟為:1 約簡屬性集;2 約簡決策規則,即屬性值約簡;3 從演算法中消去所有過剩決策規則。

關於決策表的屬性約簡和決策規則的屬性值約簡,看下面例子。

例1 簡化給定決策表,其中為條件屬性集,為決策屬性集

表1 決策表

演算法步驟:

第一步:約簡屬性集:從決策表中,將屬性a中的屬性逐個移去,每移去乙個屬性立刻檢查其決策表,如果決策表中的所有決策規則不出現新的不一致,則該屬性是可以被約去的,否則,該屬性不能被約去,稱這種方法為屬性約簡的資料分析法。

解法1:

從條件屬性集中移去c列後,決策表不出現新的不一致,所以c列可約去;從中移去a或移去b,或移去d後,決策表中都出現新的不一致,故a,b,d都不能移去,即a,b,d都是c的d核屬性。由此得是的惟一約簡。也可用差別矩陣求c的d約簡。

也可以用d的c正域來求c的d約簡與c的核。

解法2:

1. u/d=,,}

u/a=,,}

u/b=.,}

u/c=,}

u/d=,,}

則:u/c=,,,,,,}。故=

①=,,,,,}

所以,所以不可約;

②=,,,,}

所以,所以b不可約;

③=,,,,,}

所以,所以可約;(是上可約去的)

④=,,,,}

所以,所以不可約;

因中每乙個屬性都是上不可約去的,故是的核,也是唯一的c的d約簡。

上述例子相對簡單,在4個條件屬性中三個核屬性,只乙個不是核屬性,去掉該屬性即得惟一的由核屬性構成c的d約簡。由計算過程看出,解法1相對簡單,是實用演算法。用差別矩陣求此例的相對約簡也很簡單。

第二步:屬性值約簡

將表1中c列去掉得到屬性集被約簡的表,再去掉重複的第七行,得到乙個c的d約簡決策表2.

表中的每一行表示乙個決策規則,由此得決策規則為

規則1:

規則6::

對約簡表實施屬性值約簡就是對逐條決策規則實施屬性值約簡,求取最簡小決策規則。

下面對錶2進行屬性值約簡。

表2解:對6條決策規則逐一實行屬性值約簡,

步驟1:對每一條決策規則,去掉乙個屬性值,即刻觀察是否出現與該條規則不一致的規則,如:規則1中去掉a值[a,1],規則1變為,其他各條規則均不與該條規則不一致:

即條件屬性值相同而決策屬性值不同。因此,該規則仍然為真,這時其它5條規則中不出現與該條規則不一致的規則。所以值[a,1]是可約去的屬性值,或說[a,1]不是規則1的核值。

去掉值[b,0],則規則1化簡為與規則4:不一致,所以,值[b,0]不能約去,即是規則1的核值;去掉值,規則1化為,不出現新的不一致,故值可約去,不是核值。

對規則2,3,4,5,6重複上述步驟,求出每一條規則的核值,得到核值表3.

表3 核值表

核值表3清楚地表明了每一條決策規則中,那乙個屬性值是可以約去的,那一條是不能約去的。但是,僅有核值尚不一定能構成約簡決策規則。例如,第一條決策規則中,只說明不能約去,而,都是可約去的,但兩個都約去卻不一定構成與決策規則1等價的規則,還要看分類能力是否改變。

步驟2 根據表3給出的核值決策規則,分別找出所有決策規則的約簡,可得包含所有約簡決策規則的表4,具體作法如下:

1. 決策規則1

決策類屬性值為的等價類

屬性值為的等價類

屬性值為的等價類

其中表示為核值。

先看等價類是否完全包含在的決策類中,如果被包含在其中,說明的等價類中所有個體都能被正確分類,這時,成立,此時,就是規則1的值約簡;否則,尚不能構成規則1的值約簡,必須補充核外值。

注意到約簡規則中必定包含核值,因,知單一的核值構不成值約簡。這時,從非核值中按每次補乙個、補兩個、…、一直到得到值約簡為止。而,所以,同理。

這樣,第一條決策規則就簡化為兩條決策規則:和或。

含義是:若個體關於、的值為、,那麼,該個體也必屬於決策類;若某個體關於、的值為、,那麼,該個體也必屬於決策類。這就是一般的決策規則。

應注意:求值約簡必須從核值開始,因為核值是不能被丟掉的。如規則1中,丟掉核值,僅由與之交得,是導不出決策類的

2. 決策規則2:

,,,值約簡為和

3. 決策規則3:

,,,注意:因核值的等價類包含在中,所以核值本身構成值約簡,其它屬性值均是冗餘的。值約簡為

4. 決策規則4:

,,,值約簡為

5. 決策規則5:

,,,值約簡為

6. 規則6:

,,,該條規則無核值,但每乙個值都構成值約簡,否則,則每次考慮兩個、三個、…,直到求出值約簡。由此得值約簡為,,

綜上,得到包含所有約簡的決策規則表4。

表4 包含了所有約簡規則的決策表

表4表明:規則1與2分別簡化為兩條規則,規則3簡化為3條規則。

步驟3:消去所有過剩規則

(1)決策類1有三個最小化決策規則集:

,, 合成為

(2)決策類0有兩個最小化規則集:

, 合成為

(3)決策類2 有三個最小化規則集

,, 合成為

給定的決策表共三類決策規則,「1類」,「0類」,「2類」。經屬性約簡、屬性值約簡後,得到三個決策類的最小值約簡:

由此取出1個最小化決策演算法(在此只取乙個最小化決策演算法),取法是:從每條規則中取一條最小規則,若該條規則也出現在後面某條規則中,則後面的規則中不再取規則。由此得:

①式是對簡化後決策規則的最完整的描述,②式只是一種最小決策演算法,通常不能只按一種最小決策演算法實施控制。

§3 機械人控制系統

現在我們討論用rough集方法處理乙個機械人控制程式。機械人控制程式稱做reactive程式,它是控制智慧型物行為的程式。它的最簡單形式是由產生式規則的有序序列組成。

,其中是條件,為行為,共有個不同行為。執行原理為:

從第一條規則起往下尋找第乙個條件為真的規則,並執行相應行為,而且這種行為是持續不斷的。亦即若某條件始終保持最先為真,則相應行為不斷被執行,直到該行為最終激發另一在它前面的條件最先為真。一般情況下,是目標條件,是空行為即終止行為。

機械人行為控制系統可以通過這樣的reactive程式來實現。agent自適應系統(即機械人控制系統)是這樣乙個系統:agent在所處的環境中,通過環境中的介質的感測作用,使之感知環境的變化,因而產生行為。

此行為導致環境的變化,變化的環境又使它感知到新的資訊,從而產生新的行為,如此往復形成乙個簡單的相互作用過程,被稱為agent自適應系統。如最簡單的agent抓捧自適應系統。

設機械人所處的環境有6個狀態,其中5個分別是reactive程式中產生規則的前提條件,即5個條件屬性;另乙個狀態為reactive程式中產生規則的結論,它被看做是決策屬性。它們的意義如下:

a:是否在中心點,在為1,否為0;

b:是否正前方面對棒,是為1,否為0;

c:是否在棒中心,是為1,否為0;

d:是否正前方面對中心線,是為1,否為0;

e:是否已抓棒,是為1,否為0;

f:表示機械人行為,有四種屬性:1表示旋轉;2表示前移;3表示抓棒;4表示停止。

reactive程式執行思想是:

1.抓了棒就停止;

2. 機械人位於中心點,並且面前正對捧才可以抓棒;

3. 機械人處於任意位置,通過旋轉可使其正前方面對棒的中心線或棒;

4. 通過前移使機械人到達中心線上和中心點。

由此,可以得到乙個機械人抓棒的控制決策系統。

表1給出機械人抓捧控制決策系統

表1的解釋:中心點:當agent處在中心點位置並且面前正對捧時,就可以抓棒;

第一行表示:agent處於任意位置:即不在中心點、不在中心線上、不正對中心線、也不正對捧、沒有抓捧,這時agent旋轉;

第二行表示:若agent:不在中心點,正對捧,在中心線上,但不正對中心線,沒抓捧,則agent旋轉,使之面前正對捧;

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