基于CPRIPTree的空间伴生模式挖掘算法研究与应用

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1、摘要摘要空间伴生模式(SpatialCo．10cationPatterns)是空间关联的一个特例，所淆空间伴生模式指根据空间邻近性原则频繁地聚集在一起的空间特征的集合。现有的空间伴生模式挖掘算法大多借鉴Apriori的思想，分“产生候选项集”和“检验”两个步骤实现伴生模式挖掘。算法在候选项集产生的过程中需要大量耗时的空间连接或实例链接操作来生成所有可能的行实例，且通常只能处理布尔型空间特征，无法有效地挖掘分类数据和连续型数据。本文在对传统空间伴生模式挖掘算法详细分析的基础上，针对现有算法无法处理分类

2、或连续型数据和表实例生成效率低的问题，提出一种新的基于伴生模式行实例投影树(Co—locationPatternRowInstanceProjection．Tree，CPRIP．Tree)的空间伴生模式挖掘算法，并结合应用实例验证算法的有效性和实用性。主要研究内容和成果如下：(1)对空间伴生模式挖掘概念和相关基础理论进行简要介绍，对现有的空间伴生模式挖掘算法进行了系统的分析和评述，并详细分析了它们的优缺点；(2)从空间伴生模式挖掘算法的思想出发，重点分析了传统的基于Apriori的空间伴生模式行实例

3、生成过程中存在的不足，提出了一种基于CPRIP-Tree的空间伴生模式挖掘算法。本算法通过平面扫描方法物化空间对象间的空间邻近关系，利用简单的实例查找方式生成空间伴生模式行实例，以此构建CPRIP．Tree挖掘频繁伴生模式；(3)以福建省沿海城市不同土地用地的土壤重金属化学元素污染的伴生现象为例，对基于CPRIP—Tree的算法进行示范应用研究，并结合行业背景对挖掘结果的现实意义进行解释，为相关行业部门决策提供重要的理论支持。关键词：空间伴生模式，投影树，行实例，空间数据挖掘中文文摘空间关联(Spa

4、tialAssociation)是现实世界中事物和现象在空间上的相互依赖、相互影响、相互制约和相互作用，是地理空间现象和过程的根本特性。Tobler(1970)进一步将其描述为地理学第一定律(FirstLawofGeography)，即：“地表中所有的事物和现象在空间上都具有关联关系，一个地方发生的事件总是与它周围发生的事件有关联：距离越近，事件之间的关联程度就越强；距离越远，事件之间的关联程度就越弱”。空间关联规则挖掘的目的就是炒．这些事物和现象中找出它们之间的规律或相互关系，用以指导人们认识世界

5、和改造世界。传统的空间关联规则挖掘过程是基于一般事务的关联规则挖掘，只是将空间谓语引入到空间关联规则项集中，没有充分考虑到空间对象之间的空间相关性。事件中心模型的提出，很好地解决了这类问题，它是基于布尔型空间特征类型数据的应用，用于发现在给定的空间特征的邻域范围内一起频繁出现的空间特征子集。该模型在获取空间伴生模式时，充分考虑了空间对象之间的空间相关性，有效地避免了因人为强制性的分割而造成处于区域边界范围内的空间对象难以处理的问题。随着人们对空间伴生模式挖掘的深入研究，研究人员提出了很多算法。现有的

6、算法大多采用类似于Apfiofi频繁项集的生成方法，在挖掘过程中通过k阶频繁伴生模式生成(k+1)阶候选伴生模式，需要通过费时的空间连接或者实例链接操作来生成所有可能的空间伴生模式行实例。此外，算法只能处理布尔型空间特征类型数据，无法对现实生活中普遍存在的具有多维的、连续属性的一般空间数据进行有效的挖掘。针对现有算法的不足，本文从挖掘过程、待挖掘的数据类型等方面出发，提出了一种新的空间伴生模式挖掘算法——基于伴生模式行实例投影树(CPRIP．Tree)的空间伴生模式挖掘算法，它通过简单的实例查找方式

7、由星型邻域实例直接生成伴生模式行实例，进而来挖掘频繁伴生模式。结果证明该算法具有较高的挖掘效率，尤其是对于长的频繁伴生模式的挖掘。论文分为五个部分：首先为绪论部分。首先提出了本课题的立题依据、研究目标与内容以及技术路线，然后系统地综述了空间数据挖掘、空间关联规则挖掘以及空间伴生模式挖掘的发展概况，并针对空间伴生模式挖掘过程中表实例的生成方法，详细介绍了现有的三种表实例生成方法：基于完全连接的方法、基于部分连接的方法和基于非连接的方法，并分析它们的优缺点。最后介绍了该模型在处理空间多维分类数据方面的拓

8、展——空间分福建师范大学硕士学位论文类伴生模式挖掘算法。第一章为空间伴生模式挖掘算法相关基础理论研究。首先阐述了空间伴生模式挖掘的相关基础理论知识，简单介绍了空间伴生规则与空间关联规则的区别与联系。鉴于传统的空间伴生模式挖掘算法采用的是传统的频繁项集生成的思想和方法，接下来文中详细介绍了经典的关联规则挖掘算法一A研ori算法，并对传统的空间伴生模式挖掘算法过程进行了详细描述。最后对现有的空间伴生模式挖掘算法进行分析研究，为下一章新算法的提出做了必要的理论铺垫。第二章为