ДЕРЕВЬЯРЕШЕНИЙ—ОБЩИЕПРИНЦИПЫРАБОТЫ

 

Стремительноеразвитиеинформационныхтехнологий,вчастности,прогрессвметодахсбора,храненияиобработкиданныхпозволилмногиморганизациямсобиратьогромныемассивыданных,которыенеобходимоанализировать.Объемыэтихданныхнастольковелики,чтовозможностейэкспертовуженехватает,чтопородилоспроснаметодыавтоматическогоисследования(анализа)данных,которыйскаждымгодомпостоянноувеличивается.

Деревьярешений–одинизтакихметодовавтоматическогоанализаданных.ПервыеидеисозданиядеревьеврешенийвосходяткработамХовленда(Hoveland)иХанта(Hunt)конца50-хгодовXXвека.Однако,основополагающейработой,давшейимпульсдляразвитияэтогонаправления,явиласькнигаХанта(Hunt,E.B.),Мэрина(MarinJ.)иСтоуна(Stone,P.J)"ExperimentsinInduction",увидевшаясветв1966г.

Терминология

Введемосновныепонятияизтеориидеревьеврешений,которыебудутупотреблятьсявэтойипоследующихстатьях.

Название	Описание
Объект	Пример,шаблон,наблюдение
Атрибут	Признак,независимаяпеременная,свойство
Меткакласса	Зависимаяпеременная,целеваяпеременная,признакопределяющийклассобъекта
Узел	Внутреннийузелдерева,узелпроверки
Лист	Конечныйузелдерева,узелрешения
Проверка(test)	Условиевузле

Чтотакоедереворешенийитипырешаемыхзадач

Деревьярешений–этоспособпредставленияправилвиерархической,последовательнойструктуре,гдекаждомуобъектусоответствуетединственныйузел,дающийрешение.

Подправиломпонимаетсялогическаяконструкция,представленнаяввиде"если...то...".

Областьприменениядеревьярешенийвнастоящеевремяширока,новсезадачи,решаемыеэтимаппаратоммогутбытьобъединенывследующиетрикласса:

· Описаниеданных:Деревьярешенийпозволяютхранитьинформациюоданныхвкомпактнойформе,вместонихмыможемхранитьдереворешений,котороесодержитточноеописаниеобъектов.

· Классификация:Деревьярешенийотличносправляютсясзадачамиклассификации,т.е.отнесенияобъектовкодномуиззаранееизвестныхклассов.Целеваяпеременнаядолжнаиметьдискретныезначения.

· Регрессия:Еслицелеваяпеременнаяимеетнепрерывныезначения,деревьярешенийпозволяютустановитьзависимостьцелевойпеременнойотнезависимых(входных)переменных.Например,кэтомуклассуотносятсязадачичисленногопрогнозирования(предсказаниязначенийцелевойпеременной).

 

ПРЕИМУЩЕСТВАИСПОЛЬЗОВАНИЯДЕРЕВЬЕВРЕШЕНИЙ

· быстрыйпроцессобучения;

· генерацияправилвобластях,гдеэкспертутрудноформализоватьсвоизнания;

· извлечениеправилнаестественномязыке;

· интуитивнопонятнаяклассификационнаямодель;

· высокаяточностьпрогноза,сопоставимаясдругимиметодами(статистика,нейронныесети);

· построениенепараметрическихмоделей.

Всилуэтихимногихдругихпричин,методологиядеревьеврешенийявляетсяважныминструментомвработекаждогоспециалиста,занимающегосяанализомданных,внезависимостиоттогопрактиконилитеоретик.

Областиприменениядеревьеврешений

Деревьярешенийявляютсяпрекрасныминструментомвсистемахподдержкипринятиярешений,интеллектуальногоанализаданных(datamining).
Всоставмногихпакетов,предназначенныхдляинтеллектуальногоанализаданных,ужевключеныметодыпостроениядеревьеврешений.Вобластях,гдевысокаценаошибки,онипослужатотличнымподспорьеманалитикаилируководителя

Деревьярешенийуспешноприменяютсядлярешенияпрактическихзадачвследующихобластях:

· Банковскоедело.Оценкакредитоспособностиклиентовбанкапривыдачекредитов.

· Промышленность.Контрользакачествомпродукции(выявлениедефектов),испытаниябезразрушений(например,проверкакачествасварки)ит.д.

· Медицина.Диагностикаразличныхзаболеваний.

· Молекулярнаябиология.Анализстроенияаминокислот.

Этодалеконеполныйсписокобластейгдеможноиспользоватьдеревьярешений.Неисследованыещемногиепотенциальныеобластиприменения.

 

ГИС

Геоинформационныесистемы(такжеГИС—географическаяинформационнаясистема)—системы,предназначенныедлясбора,хранения,анализаиграфическойвизуализациипространственныхданныхисвязаннойснимиинформацииопредставленныхвГИСобъектах.Другимисловами,этоинструменты,позволяющиепользователямискать,анализироватьиредактироватьцифровыекарты,атакжедополнительнуюинформациюобобъектах,напримервысотуздания,адрес,количествожильцов.

ГИСвключаютвсебявозможностиcистемуправлениябазамиданных(СУБД),редактороврастровойивекторнойграфикиианалитическихсредствиприменяютсявкартографии,геологии,метеорологии,землеустройстве,экологии,муниципальномуправлении,транспорте,экономике,оборонеимногихдругихобластях.

ПотерриториальномуохватуразличаютглобальныеГИС(globalGIS),субконтинентальныеГИС,национальныеГИС,зачастуюимеющиестатусгосударственных,региональныеГИС(regionalGIS),субрегиональныеГИСилокальные,илиместныеГИС(localGIS).

ГИСразличаютсяпредметнойобластьюинформационногомоделирования,кпримеру,городскиеГИС,илимуниципальныеГИС,МГИС(urbanGIS),природоохранныеГИС(environmentalGIS)ит.п.;срединихособоенаименование,какособоширокораспространённые,получилиземельныеинформационныесистемы.ПроблемнаяориентацияГИСопределяетсярешаемымивнейзадачами(научнымииприкладными),срединихинвентаризацияресурсов(втомчислекадастр),анализ,оценка,мониторинг,управлениеипланирование,поддержкапринятиярешений.ИнтегрированныеГИС,ИГИС(integratedGIS,IGIS)совмещаютфункциональныевозможностиГИСисистемцифровойобработкиизображений(данныхдистанционногозондирования)вединойинтегрированнойсреде.

Полимасштабные,илимасштабно-независимыеГИС(multiscaleGIS)основанынамножественных,илиполимасштабныхпредставленияхпространственныхобъектов(multiplerepresentation,multiscalerepresentation),обеспечиваяграфическоеиликартографическоевоспроизведениеданныхналюбомизизбранныхуровнеймасштабногоряданаосновеединственногонабораданныхснаибольшимпространственнымразрешением.Пространственно-временныеГИС(spatio-temporalGIS)оперируютпространственно-временнымиданными.Реализациягеоинформационныхпроектов(GISproject),созданиеГИСвширокомсмыслеслова,включаетэтапы:предпроектныхисследований(feasibilitystudy),втомчислеизучениетребованийпользователя(userrequirements)ифункциональныхвозможностейиспользуемыхпрограммныхсредствГИС,технико-экономическоеобоснование,оценкусоотношения«затраты/прибыль»(costs/benefits);системноепроектированиеГИС(GISdesigning),включаястадиюпилот-проекта(pilot-project),разработкуГИС(GISdevelopment);еётестированиенанебольшомтерриториальномфрагменте,илитестовомучастке(testarea),прототипирование,илисозданиеопытногообразца,илипрототипа(prototype);внедрениеГИС(GISimplementation);эксплуатациюииспользование.Научные,технические,технологическиеиприкладныеаспектыпроектирования,созданияииспользованияГИСизучаютсягеоинформатикой.(TemporalGIS)оперируютпространственно-временнымиданными.Реализациягеоинформационныхпроектов(GISproject),созданиеГИСвширокомсмыслеслова,включаетэтапы:предпроектныхисследований(feasibilitystudy),втомчислеизучениетребованийпользователя(userrequirements)ифункциональныхвозможностейиспользуемыхпрограммныхсредствГИС,технико-экономическоеобоснование,оценкусоотношения«затраты/прибыль»(costs/benefits);системноепроектированиеГИС(GISdesigning),включаястадиюпилот-проекта(pilot-project),разработкуГИС(GISdevelopment);еётестированиенанебольшомтерриториальномфрагменте,илитестовомучастке(testarea),прототипирование,илисозданиеопытногообразца,илипрототипа(prototype);внедрениеГИС(GISimplementation);эксплуатациюииспользование.Научные,технические,технологическиеиприкладныеаспектыпроектирования,созданияииспользованияГИСизучаютсягеоинформатикой.

СтруктураГИС

Данные(пространственныеданные):

позиционные(географические):местоположениеобъектаназемнойповерхности.

непозиционные(атрибутивные):описательные.

Аппаратноеобеспечение(ЭВМ,сети,накопители,сканер,дигитайзерыит.д.).

Программноеобеспечение(ПО).

Технологии(методы,порядокдействийит.д.).

ВопросынакоторыеможетответитьГИС

Чтонаходитсяв…?(определяетсяместо).

Гдеэтонаходится?(пространственныйанализ).

Чтоизменилосьначинаяс…?(определитьвременныеизменениянаопределеннойплощади).

Какиепространственныеструктурысуществуют?

Чтоесли?(моделирование,чтопроизойдет,еслидобавитьновуюдорогу).

ГИСвРоссии

НаибольшеераспространениевРоссиииззарубежныхсистемимеют:программныйпродуктArcGISкомпанииESRI,семействопродуктовGeoMediaкорпорацииIntergraphиMapInfoProfessionalкомпанииPitneyBowesMapInfo.

ИзотечественныхразработокширокоераспространениеполучилапрограммаГИСКарта2008компанииЗАОКБ"Панорама".

Используютсятакжеидругиепрограммныепродуктыотечественнойизарубежнойразработки:ГИСИНТЕГРО,MGEкорпорацииIntergraph(используетMicroStationвкачествеграфическогоядра),IndorGIS,STAR-APIC,ДубльГИС,Mappl,ГеоГрафГИСипр.

Геоинформатика

Геоинформатика—наука,технологияипроизводственнаядеятельностьпонаучномуобоснованию,проектированию,созданию,эксплуатацииииспользованиюгеографическихинформационныхсистем,поразработкегеоинформационныхтехнологий,поприложениюГИСдляпрактическихинаучныхцелей.

Входиткаксоставнаячастьвгеоматику.Русскийтермин«геоинформатика»производныйоттермина«информатика»—иностранногозаимствования,обозначающегонаучноенаправление,котороеизучаеттеорию,методыиспособынакопления,обработкиипередачиданных,информацииизнанийспомощьюЭВМидругихтехническихсредств,илигруппудисциплин,занимающихсяразличнымиаспектамипримененияиразработкивычислительныхмашин,кудаобычноотносятприкладнуюматематику,программирование,программноеобеспечение,искусственныйинтеллект,архитектурыЭВМивычислительныесети.

 

НАВИГАЦИОННЫЕСИСТЕМЫ

 

Основныезадачи

· Созданиебазгеоданных(геокодирование)иуправлениеими.

· Анализимоделированиегеоданных.

· Разработкапрограммногообеспечениядляпервыхдвухзадач.

Спутниковаясистеманавигации—комплекснаяэлектронно-техническаясистема,состоящаяизсовокупностиназемногоикосмическогооборудования,предназначеннаядляопределенияместоположения(географическихкоординативысоты)ивремени,атакжепараметровдвижения(скоростиинаправлениядвиженияит.д.)дляназемных,водныхивоздушныхобъектов.

Основныеэлементыспутниковойсистемынавигации:

Орбитальнаягруппировка,состоящаяизнескольких(от2до30)спутников,излучающихспециальныерадиосигналы;

Наземнаясистемауправленияиконтроля(наземныйсегмент),включающаяблокиизмерениятекущегоположенияспутниковипередачинанихполученнойинформациидлякорректировкиинформацииоборбитах;

Приёмноеклиентскоеоборудование(«спутниковыенавигаторы»),используемоедляопределениякоординат;

Опционально:наземнаясистемарадиомаяков,позволяющаязначительноповыситьточностьопределениякоординат.

Опционально:информационнаярадиосистемадляпередачипользователямпоправок,позволяющихзначительноповыситьточностьопределениякоординат.

Принципработы

Принципработыспутниковыхсистемнавигацииоснованнаизмерениирасстоянияотантеннынаобъекте(координатыкоторогонеобходимополучить)доспутников,положениекоторыхизвестносбольшойточностью.Таблицаположенийвсехспутниковназываетсяальманахом,которымдолженрасполагатьлюбойспутниковыйприёмникдоначалаизмерений.Обычноприёмниксохраняетальманахвпамятисовременипоследнеговыключенияиеслионнеустарел—мгновенноиспользуетего.Каждыйспутникпередаётвсвоёмсигналевесьальманах.Такимобразом,знаярасстояниядонесколькихспутниковсистемы,спомощьюобычныхгеометрическихпостроений,наосновеальманаха,можновычислитьположениеобъектавпространстве.

Методизмерениярасстоянияотспутникадоантенныприёмникаоснованнаопределённостискоростираспространениярадиоволн.Дляосуществлениявозможностиизмерениявременираспространяемогорадиосигналакаждыйспутникнавигационнойсистемыизлучаетсигналыточноговремени,используяточносинхронизированныессистемнымвременематомныечасы.Приработеспутниковогоприёмникаегочасысинхронизируютсяссистемнымвременем,ипридальнейшемприёмесигналоввычисляетсязадержкамеждувременемизлучения,содержащимсявсамомсигнале,ивременемприёмасигнала.Располагаяэтойинформацией,навигационныйприёмниквычисляеткоординатыантенны.Всеостальныепараметрыдвижения(скорость,курс,пройденноерасстояние)вычисляютсянаосновеизмерениявремени,котороеобъектзатратилнаперемещениемеждудвумяилиболееточкамисопределённымикоординатами.

Вреальностиработасистемыпроисходитзначительносложнее.Нижеперечисленынекоторыепроблемы,требующиеспециальныхтехническихприёмовпоихрешению:

Отсутствиеатомныхчасоввбольшинственавигационныхприёмников.Этотнедостатокобычноустраняетсятребованиемполученияинформациинеменеечемстрёх(2-мернаянавигацияприизвестнойвысоте)иличетырёх(3-мернаянавигация)спутников;(Приналичиисигналахотябысодногоспутникаможноопределитьтекущеевремясхорошейточностью).

НеоднородностьгравитационногополяЗемли,влияющаянаорбитыспутников;

Неоднородностьатмосферы,из-закоторойскоростьинаправлениераспространениярадиоволнможетменятьсявнекоторыхпределах;

Отражениясигналовотназемныхобъектов,чтоособеннозаметновгороде;

Невозможностьразместитьнаспутникахпередатчикибольшоймощности,из-зачегоприёмихсигналоввозможентольковпрямойвидимостинаоткрытомвоздухе.