基于范畴论的应急决策知识供需匹配方法研究

摘要

突发公共事件应急反应过程中，决策者在面对复杂多变的应急决策问题时，需要迅速获得相关决策知识，以辅助进行快速而有效的决策。这些决策知识的获取通常需要所有应急反应部门参与，并依照各类法律、法规、预案和经验总结，将问题情境相关的片断性决策知识进行快速的检索、组织和整合。但由于这些分散的决策知识片断结构化程度低、同应急问题关联无序、自动获取难度大的特点，面向语义的决策知识获取就成为辅助应急决策的难点。利用现有知识管理和计算机技术，为实现有效的面向应急问题的决策知识供给，研究应急决策知识供需匹配方法具有重要理论和实践意义。 本文在分析应急决策知识需求与供给机制的基础上，以实现应急问题情境下有效的决策知识语义关联获取为目标，以范畴论为主要工具，运用管理科学和计算机科学的方法，从辅助决策角度出发，重点研究在多变应急决策环境和紧迫知识供给条件下决策知识的供需匹配方法，提出基于范畴论的应急决策知识供需匹配的实现框架，研究面向范畴结构语义关联的决策知识表示、完备化处理、相似度计量、融合度计量和重组方法，为辅助应急决策提供必要的理论和方法上的支持。论文的主要研究工作如下： (1)应急决策知识需求与供给机制研究。从应急决策知识的来源、表现形式、敏捷特性和产品特性角度，分析应急决策支持过程中实现快速知识获取的需求，借鉴敏捷供应链的思想，将应急决策知识看作一种具有较强时效性和特殊结构的产品，提出基于敏捷供应链的应急决策知识供给机制，并以实现决策知识供需匹配中有效的语义关联为目标，引入范畴论和定型范畴论，提出一种面向语义的决策知识供需匹配实现框架。 (2)应急决策知识的范畴化表示方法研究。分析应急决策知识的语义特性，将范畴论和定型范畴论引入应急决策知识的结构化表示。提出面向非约简语义关系处理的范畴化概念建模和知识表示方法，赋予应急决策中知识片断更为丰富的语义结构信息，增强语义关联的可靠性，实现应急问题情境和决策知识的形式化。从概念性和结构性知识相结合的角度，研究了应急决策领域建模和知识表示问题。 (3)面向范畴知识结构的语义管理计量方法研究。在范畴化知识表示的基础上，为提高范畴化知识片断的完备性，提出运用范畴的类推函子和推出来实现知识扩展推理方法，通过联想和推演过程，实现范畴化知识结构的对象和态射补充，并从对象、态射、定型和定型范畴四个层面量化知识片断相似性，提出基于最大公约子范畴的决策知识相似度计量方法，以及知识片断的语义融合度计量方法。 (4)语义关联的范畴化知识重组方法研究。针对应急问题情境同背景知识关联不规律的特点，提出基于遗传算法的语义关联重组方法，它是在范畴化知识结构基础上，以定型作为遗传进化的基因代码来进行遗传编码，以知识片断的相似度计量作为个体适应度的测定，以知识片断间的语义融合度作为启发式的遗传进化策略，来解决应急决策知识供需匹配的组合优化问题。通过对突发公共卫生事件样本的仿真实验分析，该重组方法能够建立起问题情境和背景知识之间较为可靠的语义关联。 本文从理论和方法的角度，研究快速应急决策知识供给问题，提出基于范畴论的应急决策知识供需匹配方法，从宏观和微观的角度，为有效的辅助应急决策知识获取提供一条可行的新途径，并拓展范畴论在知识管理中的应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究的背景及对象

1.1.1研究背景

1.1.2研究对象

1.2国内外研究现状

1.2.1突发应急决策的研究综述

1.2.2知识管理方法的研究综述

1.3已有研究存在的不足

1.4研究的目的、方法和论文结构

1.4.1研究的目的

1.4.2研究的意义

1.4.3论文的研究思路与方法

1.4.4论文的研究内容和结构

1.5小结

2应急决策知识需求与供给机制

2.1引言

2.2突发公共事件中的应急决策

2.2.1应急决策的含义及特点

2.2.2我国应急决策系统的现状

2.2.3应急决策的组织结构

2.2.4应急决策的信息与知识管理

2.3应急决策知识的来源、表现形式和特征

2.3.1决策知识的来源

2.3.2决策知识的表现形式

2.3.3决策知识的敏捷特性

2.3.4决策知识的产品特性

2.4应急决策的知识需求分析

2.4.1应急决策的知识供给

2.4.2应急决策知识的供需匹配

2.4.3情境知识片断与背景知识片断

2.5基于敏捷供应链的知识供给机制

2.5.1敏捷知识供应链

2.5.2敏捷知识供应链实例

2.5.3应急知识供给能力分析

2.6决策知识供需匹配的实现框架

2.6.1面向语义的知识供需匹配

2.6.2范畴结构上的语义关联

2.7小结

3应急决策知识的范畴化表示方法研究

3.1引言

3.2范畴化应急概念建模

3.2.1语义关系的复合

3.2.2基于范畴的概念建模过程

3.2.3知识片断的范畴化

3.2.4知识片断范畴化实例

3.3基于范畴论的应急知识表示方法

3.3.1知识片断的范畴化定义

3.3.2定型范畴在知识领域的解释

3.3.3范畴结构特性

3.4非约简语义关系的范畴化约束

3.4.1非约简语义关系

3.4.2二元语义关系的表示及其范畴化约束

3.4.3多元关系的表示及其范畴化约束

3.5约简与非约简的关系类型数量比较

3.5.1面向复杂性的概念模型环路计量

3.5.2约简关系条件下的知识表示

3.5.3非约简关系条件下的知识表示

3.5.4数量比较

3.6小结

4面向范畴知识结构的语义关联计量方法研究

4.1引言

4.2面向知识片断完备化的知识推理形式

4.2.1知识片断的完备化

4.2.2面向定型范畴的推理形式

4.2.3范畴知识结构上的知识联想

4.2.4范畴结构上的知识推演

4.3知识片断的量化匹配方法

4.3.1最大公约子范畴

4.3.2知识片断的相似度的计算

4.3.3相似度计量的时间复杂性

4.3.4匹配参数的选定

4.4范畴化知识片断的语义融合度及其计量方法

4.4.1语义关联中的融合过程

4.4.2定型与知识片断的融合

4.4.3多知识片断融合计量方法

4.5小结

5语义关联的范畴化知识重组研究

5.1引言

5.2基于遗传算法的知识重组方法

5.2.1遗传算法的设计

5.2.2范畴化的遗传编码

5.2.3适应度测定

5.3知识重组的遗传进化过程

5.3.1种群初始化

5.3.2选择算子

5.3.3交叉算子

5.3.4变异算子

5.3.5遗传参数调整的适应性策略

5.4决策知识语义关联重组的仿真实验

5.4.1应急背景知识的实验环境

5.4.2应急问题情境仿真

5.4.3重组实验设计

5.4.4重组实验结果

5.4.5知识问题框架的应用

5.4.6实验结论分析

5.5小结

6结论和展望

6.1研究结论

6.2研究展望

论文创新点

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

攻读博士学位期间参加的科研项目

致谢

作者简介