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一种基于并不可约元的建格新方法

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西北大学学报(自然科学版) 2013年2月,第43卷第1期,Feb.,2013,Vo1.43,No.1 Journal of Noahwest University(Natural Science Edition) 一种基于并不可约元的建格新方法 万青,魏玲,李涛 (西北大学数学系,陕西西安710127) 摘要:目的研究形式背景的建格问题。方法 由形式背景中对象集的每一个等价类所拥有的属 性子集之间的包含关系出发构建Hasse图。结果 由此Hasse图可直接得到形式背景的概念格和 面向属性概念格的并稠密子集。结论提出的方法能较快速地找到概念格和面向属性概念格的并 稠密子集,进一步利用并不可约元的性质得到全部的概念。 关键词:形式背景;Hasse图;并稠密;并不可约元;概念格 文献标识码:A 文章编号:1000-274X(2013)0l-0010-05 中图分类号:TPI8 A new method of building lattice based on join—irreducible WAN Qing,WEI Ling,LI Tao (Department of Mathematics,Northwest University,Xi an 710127,China) Abstract:Aim TO study the building lattice of the formal context.Methods The Hasse figure was established from the inclusion relation of the attributes owned by every equivalence class in the object set of a formal context. Results The join-dense subsets of the concept lattice and the property oriented concept lattice were directly ob— tained from the Hasse figure.Conclusion The join—dense subsets of the two lattices were rapidly obtained.So all the concepts were found by using the property of join—irreducible elements. Key words:formal context;Hasse fiure;jgoin—dense;join—ireducible;concept lattice 德国数学家Wille R.于1982年首先提出了形 式概念分析¨J,它是一种基于概念和概念层次的数 据比较完整的情况下,依据形式背景初次构造概念 格的一种更有效的方法,它主要分为枚举、自顶向下 和自底向上这三种算法 J。此外,还有将大背景 横向拆分为若干小形式背景,再将各小形式背景的 学化的表达,是一种处理不确定性数据的工具。目 前,已被广泛应用于许多领域之中。 概念格揭示了概念之间的泛化和特化关系,并 通过Hasse图直观体现使得概念格更好地应用于实 际当中。然而随着科技的发展,信息量变得越来越 概念格进行横向合并,从而构建出相应的原形式背 景概念格的方法 J。由一个形式背景出发,可以通 过划分构建经典的概念格,也可以从交并不可约元 出发构建概念格。本文就是一种利用并不可约元建 多,也越来越复杂,如何从大量信息中提取有效且能 被人们所利用的知识,已成为一个热门话题。为了 格的方法,首先是从对象集的每一个等价类所拥有 的属性子集之间的包含关系出发,构造相应的 Hasse图,从而可以直接得到概念格和面向属性概 更好地解决此类问题,就需要准确地提取有效信息, 快速建格。因此,概念格的构造就变的尤为重要。 目前,已提出的概念格构造方法主要有两种:增量算 法与批处理算法。增量算法是在数据信息不确定或 不完整的情况下,当有少量数据变动时,对已经构造 念格的一个并稠密子集,进一步利用并不可约元的 性质,便可得到所有的概念和面向属性概念。 的概念格进行更新和维护 收稿日期:2012-04—10 ;批处理算法是在数 基金项目:国家自然科学基金资助项目(11071281;60703117);西北大学研究生创新基金资助项目(YZZ12064) 作者简介:万青,女,陕西西安人,从事人工智能研究。 第1期 万青等:一种基于并不可约元的建格新方法 定义3l1。。 设 是格,若满足下列条件,则称 1 预备知识 定义1l7 称(G,M,,)为一个形式背景,其中 G={g 一,g }为对象集,每个g (i≤t)称为一个 ∈ 是并不可约元 1) ≠0(如果 有零元); 2) =0 V b= =0 £ =6(口,6∈L)。 用.,(£)表示并不可约元的集合。 对象;M={m 一,m }为属性集,每个m ( ≤s) 称为一个属性;,为G和 之间的二元关系,, G 定义4_l。。P是偏序集,Q P,若V口∈P,存 在 Q,使得口=V A,则称Q是P的并稠密子集。 定理1【1o1 设 是一有限格,,J中的任意元素 ×M。若(g,m)∈,,则称g具有属性m,用glm表 示。 对于形式背景(G, ,,),在对象集A G和属 性集B 上分别定义运算: A :{m I V m∈M,A m }, B ={g l Vg∈G,B g }; A。={m I V m∈M,m IA≠(2j}, Bu={g l Vg∈G,g B}。 V D M,记Io=,n(G D),对于运算A , 在(G,D,,。)下用A 来表示。 Vg∈G,记{g} 为g ;V m∈M,记{,n} 为In, 。若Vg∈G,g ≠(2j,g ≠G,且V m∈M, m ≠(2j,m ≠ ,则称形式背景(G, ,,)是正则 的。本文提到的形式背景都是正则的。 对二元关系,,定义其补关系,。={(g,m)I (glm)}则形式背景(G,M,, )是(G,M,,)的补 形式背景 J。 设(G,M,,)是形式背景,对A G,B M,若 满足A =B且A=B ,则称(A, )是一个形式概 念,简称概念;其中A称为概念的外延, 称为概念 的内涵。形式背景(G,M,,)的全体概念记为L(G, ,,);V(A。,B ),(A2,B2)∈L(G,M,,),定 义: ( 。, )^(/4 , )=(A n A2,(B L.J Bz) ), (A , 。)V(A2,B2)=((A u A:) , n ), 则L(G,M,,)是完备格,称为概念格。 若满足A。=B且A=B口,则称(A,曰)是一个 面向属性概念,全体面向属性概念记为£ (G,M, ,);V(A ,B ),(A:, :)∈L (G,M,,),定义 ( 。,B )八(A2,B2)=(A N A2,(B n B:)u ), (A ,B )V(A , :)=((A u 2) u, u ) 则 (G,M,,)也是完备格,称为面向属性概念 格 。 L(G,M,,)和L (G,M,,)中的偏序关系为 ( 1,B1)≤(A2,B2)甘A1 A2。 定义2_9 设(G, ,,)为形式背景,称(g~, g )为对象概念。 可表示成某些并不可约元的并。 2 基于并不可约元的建格方法 2.1 基本定义与性质 设(G,M,,)是形式背景,记 R={(g ,g,)l g =g ,Vg ,g ∈G}, H={([g]R,g )l Vg∈G,[g]R∈G/R}。 显然,尺是G上的等价关系。定义([g ] , gl ) ([g2]R,g2 )甘g1 c g2 ,则“ ”为日 上的偏序关系。因此可以得到Hasse图( , )。 图1 (H, ) Fig.1(H, ) 例1[ 表1是形式背景(G,M,,),其中G= 1,2,3,4,5,6},M={口,b,c,d,e}。 表1形式背景(G,M。,) Tab.1 The formal conterst(G。 ,,) a b e d e × × × × × × 其概念格与面向属性概念格分别如图2、图3 所示。为简便起见,本文中内涵与外延皆用相应集 合的元素序列表示。 //\\ 广、、\/一,1 l=== \\/ 图2 L(G,M,,) Fig.2 L(G,M,,) 西北大学学报(自然科学版) 第43卷 (G,M) 也 迥\\ (锄 图3 L (G,M, ) Fig.3 L (G,M,,) 在表1形式背景(G,M,,)中, G/R={{1},{2},{3,4},{5},{6}}, 曰={(1,acde),(2,ac),(34,be),(5,口), (6,abe)}。 定义5 设(G,M,,)是形式背景,VB c M,定 义二元关系:RB :{( ,gf)∈G×G l毋枷 gf枷 且I g I—I g I≤n,0≤n≤I B I},称RB 是 G上的n一尺度关系。显然R 是自反的。记 [g]Bn-={g ∈G I(g ,g)∈RB }, [g]Bn+={g,∈G I(g,gf)E R }, 则[g] ri-,[g]。 分别称为g的n一左邻域集和n一右 邻域集。 注 当B=M,n=0时,则 为G在 上 的等价关系,相应的等价类记为[g] 。 性质1 设(G, ,,)是形式背景,对象g∈G 的两个邻域[g] 和[g] ( c M,0≤n≤I I) 有以下性质: 1)Vg∈G,有[g]口 [g]口 +1卜,[g]8 [g]口 “ 。 2)Vg ,gf∈G,若g ∈[gf]B ,有g ∈ [g ] 。 3)Vg ,g ∈G,若[g ]R=[gf]R,贝0[g ] 一 =[g ]B 一,[g ]B =[g ]口 。 4)Vg∈[gf] ,若g∈[g ] ri-,则[gz] [g ] li-;Vg∈[g ] ,若g∈[g ] ,贝0[g ] [g ] ”。 5)Vg∈G,B c g,[g] ri- [g] ri-, [g]肼 [g] 。 6)假设形式背景(G, ,r)是(G, ,,)的补形 式背景,则[g] ri-=[g ] ,g 和g是同一个对 象, 特指的是(G,M,ic)中的对象。 证明 性质1),2),3)由定义5易证。下面 证明性质4)。 设[gf]R={g ,g:,…,g },假设g ∈ [ ] n-,由定义5知g 柚 ,而g =g:蚰 =…=g ,所以g,邶 g ,r=1,2,…,m。 因此g,∈[g ]。 (r=1,2,…,m),从而有[g ] [g ] 。类似地,可以证明[gf] [ ] ”。 5)因为B c M,则有 肼 尺 ,因此可得 [g]肘n- [g] n-,[g]Mn+ [g] ”。 由定义5和补背景的定义可以得到性质6)的 证明。 根据性质1中的3),4),5),结合Hasse图( , ),可以将定义1扩展到G的商集G/R上。 定义6 设(G, ,,)是形式背景,VB c M, G/R={c。,c:,…,c }(下是个指标集),定义二元 关系: 尺口 ={(C ,c )∈G/R×G/R I c 蚰 cj 且 l C 蚰l—I C 柚l≤n,0≤n≤1 l}(i, =1,2, …,下),称R “是G/R上的n-尺度关系。记 [c]Bn-=u{C ∈G/R l(c ,C)∈R }, [C]Bn+=u{C G/R I(C,C )∈R }, 则[c] ,[c] ”分别称为c的n一左邻域集和n一 右邻域集。 需要注意的是,当B=M时,相应的有O≤n ≤I I一2(因为这里规定的形式背景是正则的)。 由于后面的内容都是在B=M的情况下讨论的,所 以为了读写方便,简记[g]M 和[g]Mn+分别为 [g] 和[g]”,[C]肼n-和[C]Mn+分别为[c] 和 [c] 。 2.2 建格理论与方法 在定义5下,得到下面定理2的结论。 定理2 设(G,M,j)是形式背景,当n=I M l一2时,有[g] =g~,[g] =g。口。 证明 1)当n=l MI一2时,设[g]”:{g。, g:,…,g },贝0有g g (t=1,2,…, )。V go ∈g’ ,有g g0 ,因此go∈[g] ,所以g [g]”;V g。∈[g]”,有g go ,因此g” g0一,而go∈g0~,所以go∈g 。因此有 [g]” g 。 2)因为Vg∈G有g =g。,所以g = g~。因此当 =I I一2时,同上可证得[g] = g 口=go口。 此定理说明n=l l一2时,([g] ,g )是形 式背景(G, ,,)的概念,且是对象概念;([g] , g )是形式背景(G, ,,)的面向属性概念。记Q。 ={([g] ,g )I g∈G,n=I I一2},Q = {([g] 一,g )I g∈G,n=I I一2},贝0 Q (G, ,,),Q: L (G,M,,)且Q。={(g ,g ) 第1期 万青等:一种基于并不可约元的建格新方法 I Vg∈G},Q2={(g。口,g。)I Vg∈G}。 由定理2的证明易得下述结论。 引理1[加 设(G,M,,)是形式背景,则有 .,(£) Q ,J(L ) Q:。 引理1表明,Q 和Q:是概念格和面向属性概 念格的并稠密子集,即概念格的每个元素都可以表 示成Q 中某些元素的并,面向属性概念格的每个元 素都可以表示成Q 中某些元素的并,因此由Q 和 Q 便可以得到所有的概念。 类似地,在定义6下,可以得到下面定理3的结 论。 定理3 设(G,M,,)是形式背景,VC ,cj∈ G/R,令 c=t.J{c f C c ,V C∈G/R},Ac =u{ J c C ,V C∈G/R},则有X =g , Ac=g~。 证明 由性质1的3)和4)、定义6和定理2 便可得到证明。 全体 。的集合记为E,全体A。的集合记为F, 令K。={( c,y)l Xc∈E,Y=g },K2={(AG, 曰)l Ac∈F,B=g },由定理3可知 L(G, ,,), (G,M,,)。 因此,由定理2和定理3可得K =Q , = Q 。所以 和 就是 (G, ,,)和 (G, ,,)的 并稠密子集,再根据定理1,由 和 出发便可找 到所有的概念和所有的面向属性概念,从而得到 (G,M,,)和 (G, ,,)。 例2(续例1)对表1的形式背景(G,M,,), 全体对象的 -左邻域集 凡=1:[1]卜={1},[2]卜={2,5},[3]卜 ={3,4},[4]卜={3,4},[5]卜={5},[6]卜= {3,4,6}。 n:2:[1] ={1,2},[2] ={2,5},[3]。一 ={3,4},[4] ={3,4},[5] ={5},[6] = {3,4,5,6}。 =3:[1] ={1,2,5},[2] ={2,5}, [3] ={3,4},[4] ={3,4},[5] ={5}, [6] ={3,4,5,6}。 全体对象的n一右邻域集 n:1:[1]¨={1},[2]¨={2},[3] = {3,4,6},[4] ={3,4,6},[5]h={2,5}, [6] :{6}。 =2:[1] ={1},[2]¨={1,2},[3]2+ ={3,4,6},[4] ={3,4,6},[5] ={2,5,6}, [6]n={6}。 n=3:[1]¨={1},[2]¨={1,2},[3] ={3,4,6},[4] ={3,4,6},[5]¨={1,2,5, 6},[6]¨={6}。 C,/R={C1,c ,c3, ,c5},其中C ={1},c2 ={2},C,={3,4},C ={5},C ={6}。 全部等价类的rt,一左邻域集 n=1:[c ]卜={1},[C ]卜={2,5}, [c。]卜={3,4},[ ]卜={5},[c ]卜={3,4, 6}。 凡=2:[C。] ={1,2},[c ] ={2,5}, [c ] ={3,4},[c4] ={5},[c ] ={3,4, 5,6}。 n=3:[c ] ={1,2,5},[C ] ={2,5}, [c,] ={3,4},[ ] :{5},[c ] ={3,4, 5,6}。 全部等价类的n一右邻域集 =1:[c ]¨={1},[c:]¨={2},[c,]¨ ={3,4,6},[c ]¨={2,5},[c ]¨={6}。 n=2:[c ] ={1},[c ] ={1,2}, [c ] ={3,4,6},[ ]“={2,5,6},[c ] = {6}。 :3:[c ]¨={1},[c ]¨={1,2}, [c ] ={3,4,6},[c4] ={1,2,5,6},[c ] ={6}。 由定理2可得Q。,Q 分别为 Q。={(1,acde),(12,0c),(346,be),(1256, 口),(6,abe)}; Q:={(125,acde),(25,nc),(34,be),(5, 0),(3456,abe)}。 由定理3可得 K ={(1,acde),(12,O;C),(346,be),(1256, 0),(6,abe)}; ={(125,acde),(25,口c),(34,be),(5, 0),(3456,abe)}。 事实上,结合Hasse图(日, )和定义6可直接 得到 和 。这里 E={{1},{12},{346},{1256},{6}},F= {{125},{25},{34},{5},{3456}}。 由K 可以得到 (G, ,,)中的所有概念: (1,acde),(12,。c),(346,be),(1256,0), (6,abe),(1346,e),(16,口e),(G,(2j),((2j,M); 由 可以得到 (G, ,,)中的所有概念: (125,acde), (25,口c), (34,6e), (5,n), (3456,abe),(23456,abce),(G, ),((2j, )。 一14一 西北大学学报(自然科学版) 第43卷 ・学术动态・ 西北大学举行中国科学院院士学术报告 8月10日,中国科学院院士周其林、涂永强应邀来西北大学进行学术访问,分别作了题为“手性螺环催 化剂及其不对称催化反应”和“Rearrangement Reactions for Construction of Quaternary Carbon and Synthesis of Natural Product”的学术报告。报告会在太白校区举行,王尧宇副校长、学校相关部门和院系负责人参会,近 百名师生聆听了报告。 两位院士从不同方面介绍了自己在科研工作上的思路和方法。来自南开大学的周其林院士介绍了手性 螺环配体在不对称催化中的应用,主要包括在一些创新手性药物的关键合成步骤中的应用,以及一类新颖的 手性螺环一铁催化体系在杂原子的不对称插入反应中取得的优异催化效果。来自兰州大学的涂永强院士重 点介绍了通过重排反应构筑多官能化季碳的新策略,以及将该策略应用到具有复杂多环结构的天然产物全 合成中的情况。两位院士结合各自的学术报告,与师生们亲切地交流了自己从事科研工作的心得体会,深入 浅出地强调了创新的重要性,鼓励大家做科研时要善于进行发散性思维,勇于尝试和创新,不要惧怕困难和 失败。在座师生踊跃发言,与两位院士积极互动,表示受益匪浅。 (薛鲍) 

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