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基于Einstein算子的直覺(jué)模糊值相似度及其在聚類中的應(yīng)用

2024-06-03 00:00:00姜曉微陳子春李林語(yǔ)

摘要:基于直覺(jué)模糊等價(jià)矩陣聚類的關(guān)鍵在于合理構(gòu)建樣本之間的直覺(jué)模糊值相似度,這種相似度是有2個(gè)分量的二元形式,其中一個(gè)分量代表著2個(gè)對(duì)象之間的相似程度,另一個(gè)代表非相似程度.提出一種基于Einstein算子的直覺(jué)模糊值相似度構(gòu)造方法并將其應(yīng)用到聚類分析.首先,給出Einstein算子誘導(dǎo)的直覺(jué)模糊剩余蘊(yùn)含,并通過(guò)聚合直覺(jué)模糊剩余蘊(yùn)含得到直覺(jué)模糊值相似度;然后,利用這種直覺(jué)模糊值相似度構(gòu)建直覺(jué)模糊相似矩陣,并通過(guò)直覺(jué)模糊相似矩陣的合成運(yùn)算得到直覺(jué)模糊等價(jià)矩陣,進(jìn)而給出直覺(jué)模糊聚類算法;最后,通過(guò)算例對(duì)該方法進(jìn)行說(shuō)明和分析.

關(guān)鍵詞:直覺(jué)模糊集;Einstein算子;直覺(jué)模糊值相似度;模糊聚類

中圖分類號(hào):TP18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1001-8395(2024)04-0528-09

doi:10.3969/j.issn.1001-8395.2024.04.010

模糊集[1]是模糊概念的一種數(shù)學(xué)表達(dá)方式,論域中的對(duì)象屬于模糊集的程度是[0,1]中的一個(gè)值.為了描述更多的不確定性,Atanassov[24]對(duì)模糊集進(jìn)行擴(kuò)展,提出直覺(jué)模糊集.直覺(jué)模糊集不僅考慮了對(duì)象滿足模糊概念的隸屬度與非隸屬度,還考慮了猶豫度信息,因而在處理模糊性等實(shí)際問(wèn)題方面更具靈活性和實(shí)用性.目前直覺(jué)模糊集理論已被廣泛應(yīng)用于多屬性決策[56]、模式識(shí)別[710]、圖像處理[11]、醫(yī)療診斷[10],以及近似推理[12]等領(lǐng)域.聚類分析是直覺(jué)模糊集的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容.

基于直覺(jué)模糊相似(或等價(jià))矩陣聚類的關(guān)鍵在于合理構(gòu)建樣本之間的直覺(jué)模糊相似度.多年來(lái),學(xué)者們提出了多種構(gòu)造直覺(jué)相似度的方法,其中典型的構(gòu)造方式是基于距離測(cè)度的拓展,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合直覺(jué)模糊集的特性與不同理論持續(xù)改進(jìn)[710,1316].比如,文獻(xiàn)[9]將直覺(jué)模糊有界變分與直覺(jué)模糊lp度量相結(jié)合,提出了一種混合相似性度量,并將相似度用來(lái)構(gòu)造直覺(jué)模糊矩陣進(jìn)而進(jìn)行聚類分析;文獻(xiàn)[16]結(jié)合加權(quán)歐氏距離和正切函數(shù)定義了一種新的直覺(jué)模糊相似度,然后和相關(guān)系數(shù)公式聚合提出一種新的加權(quán)接近度,將其應(yīng)用到一種改進(jìn)的直覺(jué)模糊C均值聚類技術(shù).

然而,許多直覺(jué)模糊相似度是[0,1]中一個(gè)值,應(yīng)用到直覺(jué)模糊聚類時(shí)實(shí)際上就是傳統(tǒng)意義上的模糊聚類,這與直覺(jué)模糊集同時(shí)考慮隸屬度、非隸屬度和猶豫度3個(gè)方面信息的定義不協(xié)調(diào).事實(shí)上,Beliakov等[17]指出:在直覺(jué)模糊背景下的任何一種結(jié)果為單一值的直覺(jué)相似性度量,出現(xiàn)不合理甚至違反直覺(jué)的情況都是不可避免的,并由此給出了一個(gè)二元向量形式相似度的公理化定義和一般構(gòu)造方法.除此之外,文獻(xiàn)[18]也提出了一種二元組相似度公理化定義,基于一種單值相似度的最大值與最小值,構(gòu)造出一個(gè)直覺(jué)模糊值相似度,并將其應(yīng)用到直覺(jué)模糊聚類分析.

基于直覺(jué)模糊值相似度在實(shí)際應(yīng)用中的重要性,本文提出一種基于Einstein算子的直覺(jué)模糊值相似度構(gòu)造方法并將其應(yīng)用到聚類分析.首先,給出Einstein算子誘導(dǎo)的直覺(jué)模糊剩余蘊(yùn)含,并通過(guò)聚合直覺(jué)模糊剩余蘊(yùn)含得到直覺(jué)模糊值相似度;然后,利用這種直覺(jué)模糊值相似度構(gòu)建直覺(jué)模糊相似矩陣,并通過(guò)直覺(jué)模糊相似矩陣的合成運(yùn)算得到直覺(jué)模糊等價(jià)矩陣,進(jìn)而給出直覺(jué)模糊聚類算法;最后,通過(guò)算例對(duì)該方法進(jìn)行說(shuō)明和分析.

1 預(yù)備知識(shí)

3)當(dāng)0≤α≤0.72,0.05≤β<0.09時(shí),車組分為4類,即{A1}、{A2}、{A3,A4}、{A5};

4)當(dāng)0.73<α≤0.77,0.2≤β≤1-α?xí)r,車組分為3類,即{A1}、{A2,A3,A5}、{A4};

5)當(dāng)0.72<α≤0.73,0.11≤β<0.2時(shí),車組分為3類,即{A1,A2,A3}、{A4}、{A5};

6)當(dāng)0≤α≤0.72,0.09≤β<0.11時(shí),車組分為3類,即{A1}、{A2,A3,A4}、{A5};

7)當(dāng)0.72<α≤0.73,0.2≤β≤1-α?xí)r,車組分為2類,即{A1,A2,A3,A5}、{A4};

8)當(dāng)0≤α≤0.72,0.11≤β<0.2時(shí),車組分為2類,即{A1,A2,A3,A4}、{A5};

9)當(dāng)0≤α≤0.72,0.2≤β≤1-α?xí)r,車組分為1類,即{A1,A2,A3,A4,A5}.

文獻(xiàn)[18,26]提出的直覺(jué)模糊相似度同樣是以直覺(jué)模糊值形式表征的,且使用了和本文相同的算例來(lái)進(jìn)行聚類演示.這里不妨做一個(gè)比較分析.

從聚類結(jié)果上來(lái)看,文獻(xiàn)[18]只有一個(gè)粗糙的分類情況,無(wú)法將車組劃分為2類和4類;文獻(xiàn)[26]有從1類到5類的完整分層聚類過(guò)程,但是相對(duì)本文來(lái)說(shuō)分類結(jié)果不夠多樣化.

通過(guò)比較各自構(gòu)造的直覺(jué)模糊相似矩陣,可以發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)[18,26]中都存在著不同車輛之間有著相同相似度的情況.比如,在文獻(xiàn)[26]中,直覺(jué)模糊相似矩陣的元素z15=z35,即認(rèn)為A1、A5的相似程度與A3、A5的相似程度是一樣的.而本文得到的任意不同的兩輛車之間的相似度都是不同的,說(shuō)明我們所提出的相似度公式可分辨度更高、更精確.這一點(diǎn)從相似度的構(gòu)造方式上就能夠初見(jiàn)端倪:文獻(xiàn)[18,26]雖然給出了直覺(jué)模糊值形式表征的相似度公式,但是2個(gè)分量在實(shí)際意義上獨(dú)立存在,各自都有一套構(gòu)成原則;本文則是始終將其看作一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行討論,沒(méi)有過(guò)多地破壞2個(gè)直覺(jué)模糊集之間的原始信息.

最后,由于本文給出的聚類方法利用直覺(jué)模糊值相似度來(lái)獲取相似矩陣,又對(duì)置信水平中的2個(gè)參數(shù)都進(jìn)行了分類討論,所以更充分地挖掘了直覺(jué)模糊集所蘊(yùn)含的信息,避免了信息的丟失.又因?yàn)樗嵌鄬哟蔚姆謱泳垲悾梢愿鶕?jù)具體的環(huán)境要求選擇合適的聚類數(shù)量,所以具有更大的應(yīng)用前景.

4 結(jié)束語(yǔ)

在直覺(jué)模糊環(huán)境中,相似度表示了直覺(jué)模糊集之間的接近程度,是一個(gè)非常重要的不確定性度量工具.在本文中,通過(guò)聚合Einstein算子誘導(dǎo)的直覺(jué)模糊剩余蘊(yùn)含提出了一種新的基于Einsteint模的直覺(jué)模糊值相似度,它的2個(gè)分量分別代表著2個(gè)對(duì)象之間的相似程度和非相似程度,然后利用所提出的新相似度給出了一種基于等價(jià)關(guān)系的直覺(jué)模糊聚類方法,最后通過(guò)算例驗(yàn)證了該方法的可行性和優(yōu)越性.

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(編輯 余 毅)

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(61372187)

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