Грубый подход, основанный на доминировании - Dominance-based rough set approach

В приблизительный подход на основе доминирования (DRSA) является продолжением грубая теория множеств за многокритериальный анализ решений (MCDA), представленный Греко, Матараццо и Словински.[1][2][3] Главное изменение по сравнению с классическим грубые наборы является заменой отношения неразличимости отношением доминирования, что позволяет иметь дело с несоответствиями, типичными для рассмотрения критерии и классы решений, упорядоченные по предпочтениям.

Многокритериальная классификация (сортировка)

Многокритериальная классификация (сортировка ) - одна из проблем, рассматриваемых в MCDA и может быть сформулировано следующим образом: задан набор объектов, оцениваемых набором критерии (атрибуты с доменами порядка предпочтений), назначьте эти объекты некоторым заранее определенным и упорядоченным по предпочтениям классам решений, таким образом, чтобы каждый объект был назначен ровно одному классу. За счет упорядочения предпочтений улучшение оценок объекта по критериям не должно ухудшать присвоение ему класса. Проблема сортировки очень похожа на проблему классификация однако в последнем случае объекты оцениваются с помощью обычных атрибутов, и классы решений не обязательно упорядочены по предпочтениям. Проблема многокритериальной классификации также упоминается как задача порядковой классификации с ограничениями монотонности и часто появляется в реальных приложениях, когда порядковый и монотонный свойства вытекают из знания предметной области о проблеме.

В качестве наглядного примера рассмотрим задачу оценивания в средней школе. Директор школы хочет назначить учеников (объекты) до трех классов: Плохо, средний и хороший (обратите внимание на этот класс хороший предпочтительнее средний и средний предпочтительнее Плохо). Каждый ученик описывается по трем критериям: уровень физики, математики и литературы, каждый из которых принимает одно из трех возможных значений. Плохо, средний и хороший. Критерии упорядочены по предпочтениям, и повышение уровня по одному из предметов не должно приводить к ухудшению общей оценки (класса).

В качестве более серьезного примера рассмотрим классификацию клиентов банка с точки зрения риска банкротства на классы. безопасный и рискованно. Это может включать такие характеристики, как "рентабельность капитала (РОЭ) ","прибыль на инвестиции (ROI) "и"рентабельность продаж (ROS) ". Домены этих атрибутов не просто упорядочены, а включают порядок предпочтений, поскольку, с точки зрения менеджеров банка, более высокие значения ROE, ROI или ROS лучше подходят для клиентов, анализируемых на предмет риска банкротства. Таким образом, эти атрибуты являются критериями. Пренебрегая этой информацией в открытие знаний может привести к неправильным выводам.

Представление данных

Таблица решений

В DRSA данные часто представляются с использованием определенной формы таблица решений. Формально таблица решений DRSA представляет собой 4-кортеж , куда конечный набор объектов, конечный набор критериев, куда является областью действия критерия и является информационная функция такой, что для каждого . Набор поделен на критерии состояния (набор ) и критерий принятия решения (учебный класс) . Заметь оценка объекта по критерию , пока - присвоение класса (значение решения) объекта. Пример таблицы решений показан в таблице 1 ниже.

Отношение превосходства

Предполагается, что область действия критерия полностью Предзаказанный по превосходящее отношение ; Значит это по крайней мере не хуже (превосходит) по критерию . Без ограничения общности считаем, что область определения это подмножество реалы, , и что соотношение выигрышей представляет собой простой порядок между действительными числами такое, что выполняется следующее соотношение: . Это соотношение является прямым для критерия типа усиления («чем больше, тем лучше»), например прибыль компании. Для критерия типа затрат («чем меньше, тем лучше»), например цена продукта, этому соотношению можно удовлетворить, отрицая значения из .

Классы решений и союзы классов

Позволять . Область критерия принятия решения, состоит из элементов (без ограничения общности полагаем ) и индуцирует разбиение в классы , куда . Каждый объект относится к одному и только одному классу . Классы упорядочены по предпочтениям в соответствии с возрастающим порядком индексов классов, т.е. для всех такой, что , объекты из строго предпочтительнее объектов из . По этой причине мы можем рассматривать восходящие и нисходящие объединения классов, определяемые соответственно как:

Основные концепции

Доминирование

Мы говорим что доминирует относительно , обозначаемый , если лучше, чем по каждому критерию из , . Для каждого , отношение доминирования является рефлексивный и переходный, т.е. это частичный предварительный заказ. Данный и , позволять

представлять п-доминантный установить и п-доминированный установлен относительно , соответственно.

Грубые приближения

Ключевая идея грубый набор философия - это приближение одного знания к другому знанию. В DRSA аппроксимируемые знания представляют собой совокупность восходящих и нисходящих объединений классов решений, а «гранулы знания», используемые для аппроксимации, являются п-доминантное и п-доминируемые наборы.

В п-ниже и п-верхнее приближение из относительно , обозначенный как и соответственно, определяются как:

Аналогично п-ниже и п-верхнее приближение относительно , обозначенный как и соответственно, определяются как:

Нижние приближения группируют объекты, которые безусловно принадлежать к классовому союзу (соответственно ). Эта уверенность исходит из того факта, что объект принадлежит к нижнему приближению (соответственно ), если в противоречит этому утверждению, т.е. каждый объект который п-доминирует , также принадлежат к союзу классов (соответственно ). Верхние приближения группируют объекты, которые может принадлежать к (соответственно ), поскольку объект принадлежит к верхнему приближению (соответственно ), если существует другой объект п-доминировать над из классового союза (соответственно ).

В п-ниже и п-Верхние приближения, определенные как выше, удовлетворяют следующим свойствам для всех и для любого :

В п-границы (P-сомнительные регионы) из и определяются как:

Качество приближения и редукции

Соотношение

определяет качество приближения раздела в классы с помощью набора критериев . Это соотношение выражает соотношение между всеми п-правильно классифицированные объекты и все объекты в таблице.

Каждое минимальное подмножество такой, что называется сокращать из и обозначается . Таблица решений может иметь более одного сокращения. Пересечение всех редуктов известно как основной.

Правила принятия решений

На основе приближений, полученных с помощью отношений доминирования, можно вызвать обобщенное описание предпочтительной информации, содержащейся в таблице решений, в терминах правила принятия решений. Решающие правила - это выражения формы если [условие] тогда [следствие], которые представляют собой форму зависимости между критериями условия и критериями решения. В процедурах генерации правил принятия решений из таблицы решений используется принцип индуктивного обучения. Можно выделить три типа правил: определенные, возможные и приблизительные. Некоторые правила генерируются из более низких приближений объединений классов; возможные правила генерируются из верхних приближений объединений классов, а приближенные правила генерируются из граничных областей.

Некоторые правила имеют следующий вид:

если и и тогда

если и и тогда

Возможные правила имеют похожий синтаксис, однако последующий часть правила имеет вид: может принадлежать или форма: может принадлежать .

Наконец, приблизительные правила имеют синтаксис:

если и и и и и тогда

Определенные, возможные и приблизительные правила представляют собой определенные, возможные и неоднозначные знания, извлеченные из таблицы решений.

Каждое правило принятия решения должно быть минимальным. Поскольку решающее правило - это импликация, под минимальным решающим правилом мы понимаем такой импликации, что нет другого импликации с антецедентом, по крайней мере, такой же слабости (другими словами, правило, использующее подмножество элементарных условий или / и более слабых элементарных условий). условия) и следствие по крайней мере той же силы (другими словами, правило, относящее объекты к одному и тому же объединению или подсоюзу классов).

Набор правил принятия решений полный если он способен охватить все объекты из таблицы решений таким образом, что согласованные объекты переклассифицируются в их исходные классы, а несогласованные объекты классифицируются в кластеры классов, ссылаясь на это несоответствие. Мы называем минимальный Каждый набор решающих правил является полным и неизбыточным, т.е. исключение любого правила из этого набора делает его неполным. Для получения набора решающих правил может быть принята одна из трех стратегий индукции:[4]

  • генерация минимального описания, т.е. минимального набора правил,
  • генерация исчерпывающего описания, т.е. всех правил для данной матрицы данных,
  • генерация характеристического описания, то есть набора правил, охватывающих относительно много объектов каждый, но все вместе не обязательно все объекты из таблицы решений

Самый популярный алгоритм индукции правил для подхода грубого набора на основе доминирования - DOMLEM,[5] который генерирует минимальный набор правил.

Пример

Рассмотрим следующую проблему оценок старшеклассников:

Таблица 1: Пример - оценки в средней школе
объект (ученик)
(Математика)

(Физика)

(Литература)

(глобальный рейтинг)
среднийсреднийПлохоПлохо
хорошийсреднийПлохосредний
среднийхорошийПлохосредний
ПлохосреднийхорошийПлохо
ПлохоПлохосреднийПлохо
Плохосреднийсреднийсредний
хорошийхорошийПлохохороший
хорошийсреднийсреднийсредний
среднийсреднийхорошийхороший
хорошийсреднийхорошийхороший

Каждый объект (студент) описывается по трем критериям , относящиеся к уровням математики, физики и литературы соответственно. В соответствии с признаком решения студенты делятся на три класса с упорядоченным предпочтением: , и . Таким образом, были аппроксимированы следующие объединения классов:

  • то есть класс (максимум) плохих учеников,
  • т.е. класс не более средних студентов,
  • то есть класс не менее средних студентов,
  • то есть класс (как минимум) хороших студентов.

Обратите внимание, что оценки объектов и непоследовательны, потому что имеет лучшие оценки по всем трем критериям, чем но хуже глобальный рейтинг.

Следовательно, нижние приближения объединений классов состоят из следующих объектов:

Таким образом, только классы и не может быть точно аппроксимирован. Их верхние приближения следующие:

в то время как их граничные области:

Конечно, поскольку и точно аппроксимируются, имеем , и

Следующий минимальный набор из 10 правил может быть выведен из таблицы решений:

  1. если тогда
  2. если и и тогда
  3. если тогда
  4. если и тогда
  5. если и тогда
  6. если и тогда
  7. если и тогда
  8. если тогда
  9. если тогда
  10. если и тогда

Последнее правило приблизительное, остальные - однозначные.

Расширения

Многокритериальный выбор и задачи ранжирования

Две другие проблемы, рассмотренные в многокритериальный анализ решений, многокритериальный выбор и рейтинг проблемы, также могут быть решены с использованием приблизительного подхода, основанного на преобладании. Это делается путем преобразования таблицы решений в таблица парных сравнений (РСТ).[1]

DRSA с переменной консистенцией

Определения грубых приближений основаны на строгом применении принципа доминирования. Однако при определении однозначных объектов разумно принять ограниченную долю отрицательных примеров, особенно для больших таблиц решений. Такая расширенная версия DRSA называется DRSA с переменной согласованностью модель (VC-DRSA)[6]

Стохастический DRSA

В реальных данных, особенно для больших наборов данных, понятия грубых приближений оказались чрезмерно ограничительными. Следовательно, расширение DRSA, основанное на стохастической модели (Стохастический DRSA), который до некоторой степени допускает несоответствия.[7] Сформулировав вероятностную модель для задач порядковой классификации с ограничениями монотонности, понятия нижних приближений распространяются на стохастический случай. Метод основан на оценке условных вероятностей с использованием непараметрической максимальная вероятность метод, который ведет к проблеме изотоническая регрессия.

Приблизительные наборы, основанные на стохастическом доминировании, также можно рассматривать как своего рода модель с переменной согласованностью.

Программного обеспечения

4эмка2 это система поддержки принятия решений для задач классификации по множеству критериев, основанных на приблизительных наборах на основе доминирования (DRSA). JAMM является более продвинутым преемником 4eMka2. Обе системы находятся в свободном доступе для некоммерческих целей на сайте Лаборатория интеллектуальных систем поддержки принятия решений (IDSS) интернет сайт.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Греко, С., Матараццо, Б., Словински, Р .: Теория грубых множеств для многокритериального анализа решений. Европейский журнал операционных исследований, 129, 1 (2001) 1–47
  2. ^ Greco, S., Matarazzo, B., Słowiński, R .: Многокритериальная классификация на основе подхода грубого набора на основе доминирования. В: W.Kloesgen and J. Zytkow (ред.), Справочник по интеллектуальному анализу данных и открытию знаний, Oxford University Press, Нью-Йорк, 2002.
  3. ^ Słowiński, R., Greco, S., Matarazzo, B .: Поддержка принятия решений на основе грубого набора. Глава 16 [в]: E.K. Берк и Г. Кендалл (ред.), Методологии поиска: вводные учебные пособия по методам оптимизации и поддержки принятия решений, Springer-Verlag, Нью-Йорк (2005) 475–527
  4. ^ Стефановски, Дж .: О приближенном подходе, основанном на множестве, к индукции решающих правил. В Skowron, A., Polkowski, L. (eds.): Rough Set in Knowledge Discovering, Physica Verlag, Heidelberg (1998) 500-529
  5. ^ Греко С., Матараццо, Б., Словински, Р., Стефановски, Дж .: Алгоритм индукции правил принятия решений, согласующихся с принципом доминирования. В W. Ziarko, Y. Yao (ред.): Грубые наборы и текущие тенденции в вычислительной технике. Конспект лекций по искусственному интеллекту 2005 (2001) 304-313. Springer-Verlag
  6. ^ Греко, С., Б. Матараццо, Р. Словински и Дж. Стефановски: модель с переменной согласованностью для подхода грубого набора на основе доминирования. В W.Ziarko, Y.Yao (ред.): Грубые наборы и текущие тенденции в вычислительной технике. Конспект лекций по искусственному интеллекту 2005 (2001) 170–181. Springer-Verlag
  7. ^ Дембчинский, К., Греко, С., Котловски, В., Словинский, Р .: Статистическая модель для приблизительного подхода к многокритериальной классификации. In Kok, J.N., Koronacki, J., de Mantaras, R.L., Matwin, S., Mladenic, D., Skowron, A. (eds.): Knowledge Discovery in Databases: PKDD 2007, Варшава, Польша. Конспект лекций по информатике 4702 (2007) 164–175.
  • Чахар С., Ишизака А., Лабиб А., Саад И. (2016). Основанный на доминировании приблизительный подход для групповых решений, European Journal of Operational Research, 251 (1): 206-224
  • Ли С., Ли Т. Чжан З., Чен Х., Чжан Дж. (2015). Параллельное вычисление приближений в подходе грубых множеств на основе доминирования, системы, основанные на знаниях, 87: 102-111
  • Ли С., Ли Т. (2015). Постепенное обновление приближений в подходе грубых множеств на основе доминирования при изменении значений атрибутов, Информационные науки, 294: 348-361
  • Ли С., Ли Т., Лю Д. (2013). Динамическое поддержание приближений в подходе грубого набора на основе доминирования при изменении набора объектов, Международный журнал интеллектуальных систем, 28 (8): 729-751

внешняя ссылка