基于CBR的突發事件處置方案快速生成方法研究

于世浡　湯曉安　孔龍星　張俊達

摘 要： 結合當前處置突發事件的實際需求，提出一種基于CBR的突發事件處置方案快速生成方法。首先基于框架表示法對突發事件案例進行建模，并構建案例庫；然后基于相似性度量，提取與本次突發事件最為接近的參考案例，并根據實際情況進行交互修改后，得到最終處置方案；最后進行了仿真實驗，驗證了該方法的有效性。

關鍵詞： CBR； 方案生成； 突發事件； 案例庫構建

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）10?0039?04

Abstract： According to the current requirements to deal with emergency， a rapid establishment method for emergency treatment plan based on case?based reasoning （CBR） is proposed. First， the emergency cases are modeled based on the frame representation method and the case base is created. Second， the reference case which is most similar to the current emergency case is extracted according to its similarity measurement， and then the final treatment plan is obtained after the reference case is revised alternatively according to the actual situation. Finally， the simulation results show the effectiveness of the method.

Keywords： CBR； scheme generation； emergency； case base creation

0 引 言

隨著國際國內形勢的發展變化，以及意識形態領域斗爭的日趨復雜，各類突發事件呈現高發快閃、對抗激烈、高度透明等特點。目前，由于事件的性質、規模等不同，必須對處置方案進行人工臨時生成。但是由于突發事件類型較多，情況復雜多變，一方面人工生成處置方案效率低下，很難滿足處置突發事件的緊急需求；另一方面，生成的處置方案往往摻雜主觀因素，并且由于事件的突發性，很難保證方案的全面性和有效性。因此，是否能夠快速、科學地生成突發事件處置方案已經成為制約成功處置突發事件的關鍵因素。

目前，在方案快速生成方面，國內外學者進行了大量深入研究，研究成果主要基于案例推理（Case?Based Reasoning，CBR）技術和規則推理（Rule?Based Reasoning，RBR）技術。如王世云等提出了一種基于CBR技術的機動工程保障方案生成方法[1]，主要研究機動工程保障決策過程中的思維經驗和預案，并構建了機動工程保障案例的存貯模型和推理模型。張天兵等提出了一種基于經典關聯規則算法Apriori思想的電力應急輔助決策規則生成方法[2]，從中提煉出應急處置中的決策參考信息，并提出了應急輔助決策規則的數學模型。李皓等提出了一種應用過程推理系統對作戰方案的自動生成方法[3]，實現對戰術目標的批處理。李建洋等提出了一種基于案例推理的機器學習方法[4]，研究了不同環境下的案例表示，以及案例庫構建方法問題。John等提出了一種醫療診斷混合推理的框架[5]，將規則推理和案例推理相結合用于醫學診斷。Nisanbayev等提出了一種電子商務應用的混合推理方法[6]，該方法提高了系統的搜索機制。綜合以上方法可以看出，盡管CBR處理速度快，處理能力強，但容易受案例庫資源有限性的影響，同時缺乏規則指導，導致無法生成滿意的方案；RBR解釋能力強，表現形式清楚，但存在知識獲取的“瓶頸”問題，對于處理過的問題沒有記憶，處理例外情況能力較差。

針對以上方法的不足，結合當前處置突發事件的實際需求，本文提出了一種基于CBR的突發事件處置方案快速生成方法，首先基于框架表示法對突發事件案例進行建模，構建案例庫；然后基于相似性度量，計算當前事件與歷史事件的總體相似度，提取與本次突發事件最為接近的參考案例，最后，經過交互修改，得到最終的處置方案。

1 基于框架表示法的案例庫建模

突發事件的案例是指在處置突發事件過程中所經歷的典型的富有多種意義的事件陳述，對處置的學習、研究、借鑒以及創新具有重要意義。

案例庫建模即把處置突發事件的指揮員和領域專家處置突發事件的經驗和知識轉變為可被計算機接受的用于描述知識的數據結構。案例一般表示為：

案例=<情況描述，處置經過，經驗教訓>

其中，情況描述是用來描述突發事件的屬性信息。處置經過是描述突發事件的具體處置措施，任何基于案例推理的系統必須要有情況描述和處置經過。經驗教訓是從多次處置突發事件實踐中得到的經驗和從錯誤或失敗中得到的教訓。

案例庫建模作為CBR求解問題的第一個步驟，對于輸入的案例首先要以系統可以識別的方式進行描述，然后才可以進行檢索。根據知識表示的方便性、有效性、可擴展性及應用的領域，可以借鑒人工智能領域的多種知識表示方法[7] ，如劇本表示法、框架表示法、謂詞邏輯表示法、語義網絡表示法等。其中，框架表示法適應性強、概括性好、結構化好、推理方式靈活，能把陳述性知識和過程性知識相結合[8]。因此本文采用框架表示法對案例庫進行建模。框架表示法通常由框架名、槽、側面及側面值構成。通過對突發事件處置方案的要素分析，將處置方案的事項分類、屬性和屬性值分別對應于框架表示法的槽、側面項和側面值，表1給出了某突發事件處置方案的部分框架模型（限于篇幅，僅給出了部分典型側面值）。

由表1可知，從模型結構方面，模型主要從情況描述、處置經過、經驗教訓等三方面對突發事件案例進行分類，將其細化為在突發事件處置中的各方面屬性，其中事件性質、事件規模和地理氣候是對事件情況的描述；處置實施是對處置經過的概述；經驗、教訓、建議和啟示是對整個事件的總結和延伸。從數據類型方面，所有側面值，均可以用數字、枚舉和文本類型進行描述。

2 參考案例相似性度量

衡量兩個突發事件之間相似性，一般從事件性質、事件規模和地理氣候三個屬性來考慮。案例相似性度量（Similarity Measure）的選擇是CBR檢索的關鍵，合理有效的度量函數可以使用戶快速、準確地在案例庫中檢索到相似案例，為方案的快速生成提供可能。本文基于層次分析法[8]，將案例屬性之間的相似性度量定義為局部相似性度量，將案例整體的相似性度量定義為全局相似性度量，通過求案例各屬性相似性度量的加權和來得到整體案例的相似性度量，進而從案例庫中選擇整體相似度最高的案例作為參考案例。

2.1 局部相似性度量

由表1可知，事件性質、事件規模和地理氣候三個屬性中的內容，僅包含數字和枚舉兩種類型。因此，局部相似性度量應該由數字類型相似性度量和枚舉類型相似性度量組合而成。

4.2 實驗過程

首先在案例庫中隨機選取20個成功案例作為當前突發事件，剩余的772個案例作為案例庫中的歷史突發事件。按順序從隨機選取的已有20個成功案例中選取一個案例A，將A中的基本情況輸入案例庫，在含有772個案例的案例庫中進行相似性度量的計算，提取出全局相似性度量值最大的案例作為A的參考案例，選擇其處置方案作為初始方案，然后人工對其進行修改形成最終方案。為了定量表示最終方案與原方案之間的相似度，將優化后的最終方案輸入到myCBR中，通過myCBR比較生成方案和事件A原方案的相似性。以此類推，形成20個比較結果。為了比較方案生成的效率，對每一次方案生成的耗時進行記錄，人工對方案的修改依業務熟練程度的不同而不同，取平均時間6 h。具體過程以某一事件為例進行說明：

（1） 輸入待求問題基本情況為：2010年楊莊礦務局因虧損嚴重，宣布破產，部分社會反動分子借機造謠生事，煽動不明真相群眾，手持棍棒，包圍礦務局大院，實施打砸搶等危害社會行為，天氣炎熱，聚集人數達到2 000人。

（2） 通過局部相似性度量分別計算，從事件性質、事件規模和地理氣候三方面與案例庫中的每個案例對應屬性進行相似性度量，度量值分別為0.93、0.92、0.95，依據以往處置突發事件的豐富經驗，地理氣候決定基本處置手段，事件規模限定參與處置的人數，事件性質涵蓋突發事件的處置方式，遂針對此情況特點，對三者分別加權為0.5，0.3，0.2。而后通過全局相似性度量計算，得出的最大的度量值為0.93，其對應案例被選定為最相似案例，完成檢索。

（3） 通過人工對初始方案進行修改，形成最終方案。

（4） 將最終方案輸入到myCBR中與事件原處置方案進行比較，得出相似性數值，并記錄方案生成的耗時。

4.3 實驗結果及分析

由表2可以看出，根據本方法生成的突發事件處置方案與原處置方案相比，具有很高的相似性，myCBR的比較結果都在0.95以上。可以看出，在突發事件案例豐富的條件下，能夠滿足處置突發事件方案準確生成的實際需要。20次實驗的方案生成耗時如表3所示。

5 結 語

本文提出了一種基于CBR的突發事件處置方案快速生成方法，該方法通過案例庫建模、相似性度量計算以及初始方案優化等步驟，能夠快速、準確地生成突發事件的處置方案。通過實驗可知，該方法具備較強的科學性和時效性，能夠為突發事件的有效處置提供較好支持。

參考文獻

[1] 王世云，劉彥存，蔡鄂，等.基于案例推理機動工程保障方案生成模型研究[J].軍事運籌與系統工程，2012（2）：21?25.

[2] 張天兵，彭啟偉.基于形式化預案的電力應急輔助決策規則生成方法[J].電力系統自動化，2010（22）：67?69.

[3] 李皓，常國岑，孫鵬，等.基于Agent的作戰方案自動生成系統研究[J].系統工程與電子技術，2009（1）：134?136.

[4] 李建洋，陳雪云，劉慧婷，等.基于案例推理表示的研究[J].合肥學院學報：自然科學版，2007（3）：26?29.

[5] JOHN Deepti Anne， JOHN Rose Rani. A framework for medical diagnosis using hybrid reasoning [C]// Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists. Hong Kong， China： IMECS， 2010，1： 978?988.

[6] NISANBAYEV Y， KO I S， ABDULLAEV S， et al. E?commerce applications of the hybrid reasoning method [C]// Proceedings of International Conference on New Trends in Information and Service Science. Beijing： [s.n.]， 2009： 797?801.

[7] 湯文宇，李玲娟.CBR方法中的案例表示和案例庫的構造[J]. 西安郵電學院學報，2006（5）：75?78.

[8] 朱乾有.基于CBR和RBR技術的突發事件預案管理系統的研究[D].西安：長安大學，2011.

由表1可知，從模型結構方面，模型主要從情況描述、處置經過、經驗教訓等三方面對突發事件案例進行分類，將其細化為在突發事件處置中的各方面屬性，其中事件性質、事件規模和地理氣候是對事件情況的描述；處置實施是對處置經過的概述；經驗、教訓、建議和啟示是對整個事件的總結和延伸。從數據類型方面，所有側面值，均可以用數字、枚舉和文本類型進行描述。

2 參考案例相似性度量

衡量兩個突發事件之間相似性，一般從事件性質、事件規模和地理氣候三個屬性來考慮。案例相似性度量（Similarity Measure）的選擇是CBR檢索的關鍵，合理有效的度量函數可以使用戶快速、準確地在案例庫中檢索到相似案例，為方案的快速生成提供可能。本文基于層次分析法[8]，將案例屬性之間的相似性度量定義為局部相似性度量，將案例整體的相似性度量定義為全局相似性度量，通過求案例各屬性相似性度量的加權和來得到整體案例的相似性度量，進而從案例庫中選擇整體相似度最高的案例作為參考案例。

2.1 局部相似性度量

由表1可知，事件性質、事件規模和地理氣候三個屬性中的內容，僅包含數字和枚舉兩種類型。因此，局部相似性度量應該由數字類型相似性度量和枚舉類型相似性度量組合而成。

4.2 實驗過程

首先在案例庫中隨機選取20個成功案例作為當前突發事件，剩余的772個案例作為案例庫中的歷史突發事件。按順序從隨機選取的已有20個成功案例中選取一個案例A，將A中的基本情況輸入案例庫，在含有772個案例的案例庫中進行相似性度量的計算，提取出全局相似性度量值最大的案例作為A的參考案例，選擇其處置方案作為初始方案，然后人工對其進行修改形成最終方案。為了定量表示最終方案與原方案之間的相似度，將優化后的最終方案輸入到myCBR中，通過myCBR比較生成方案和事件A原方案的相似性。以此類推，形成20個比較結果。為了比較方案生成的效率，對每一次方案生成的耗時進行記錄，人工對方案的修改依業務熟練程度的不同而不同，取平均時間6 h。具體過程以某一事件為例進行說明：

（1） 輸入待求問題基本情況為：2010年楊莊礦務局因虧損嚴重，宣布破產，部分社會反動分子借機造謠生事，煽動不明真相群眾，手持棍棒，包圍礦務局大院，實施打砸搶等危害社會行為，天氣炎熱，聚集人數達到2 000人。

（2） 通過局部相似性度量分別計算，從事件性質、事件規模和地理氣候三方面與案例庫中的每個案例對應屬性進行相似性度量，度量值分別為0.93、0.92、0.95，依據以往處置突發事件的豐富經驗，地理氣候決定基本處置手段，事件規模限定參與處置的人數，事件性質涵蓋突發事件的處置方式，遂針對此情況特點，對三者分別加權為0.5，0.3，0.2。而后通過全局相似性度量計算，得出的最大的度量值為0.93，其對應案例被選定為最相似案例，完成檢索。

（3） 通過人工對初始方案進行修改，形成最終方案。

（4） 將最終方案輸入到myCBR中與事件原處置方案進行比較，得出相似性數值，并記錄方案生成的耗時。

4.3 實驗結果及分析

由表2可以看出，根據本方法生成的突發事件處置方案與原處置方案相比，具有很高的相似性，myCBR的比較結果都在0.95以上。可以看出，在突發事件案例豐富的條件下，能夠滿足處置突發事件方案準確生成的實際需要。20次實驗的方案生成耗時如表3所示。

5 結 語

本文提出了一種基于CBR的突發事件處置方案快速生成方法，該方法通過案例庫建模、相似性度量計算以及初始方案優化等步驟，能夠快速、準確地生成突發事件的處置方案。通過實驗可知，該方法具備較強的科學性和時效性，能夠為突發事件的有效處置提供較好支持。

參考文獻

[1] 王世云，劉彥存，蔡鄂，等.基于案例推理機動工程保障方案生成模型研究[J].軍事運籌與系統工程，2012（2）：21?25.

[2] 張天兵，彭啟偉.基于形式化預案的電力應急輔助決策規則生成方法[J].電力系統自動化，2010（22）：67?69.

[3] 李皓，常國岑，孫鵬，等.基于Agent的作戰方案自動生成系統研究[J].系統工程與電子技術，2009（1）：134?136.

[4] 李建洋，陳雪云，劉慧婷，等.基于案例推理表示的研究[J].合肥學院學報：自然科學版，2007（3）：26?29.

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[7] 湯文宇，李玲娟.CBR方法中的案例表示和案例庫的構造[J]. 西安郵電學院學報，2006（5）：75?78.

[8] 朱乾有.基于CBR和RBR技術的突發事件預案管理系統的研究[D].西安：長安大學，2011.

由表1可知，從模型結構方面，模型主要從情況描述、處置經過、經驗教訓等三方面對突發事件案例進行分類，將其細化為在突發事件處置中的各方面屬性，其中事件性質、事件規模和地理氣候是對事件情況的描述；處置實施是對處置經過的概述；經驗、教訓、建議和啟示是對整個事件的總結和延伸。從數據類型方面，所有側面值，均可以用數字、枚舉和文本類型進行描述。

2 參考案例相似性度量

衡量兩個突發事件之間相似性，一般從事件性質、事件規模和地理氣候三個屬性來考慮。案例相似性度量（Similarity Measure）的選擇是CBR檢索的關鍵，合理有效的度量函數可以使用戶快速、準確地在案例庫中檢索到相似案例，為方案的快速生成提供可能。本文基于層次分析法[8]，將案例屬性之間的相似性度量定義為局部相似性度量，將案例整體的相似性度量定義為全局相似性度量，通過求案例各屬性相似性度量的加權和來得到整體案例的相似性度量，進而從案例庫中選擇整體相似度最高的案例作為參考案例。

2.1 局部相似性度量

由表1可知，事件性質、事件規模和地理氣候三個屬性中的內容，僅包含數字和枚舉兩種類型。因此，局部相似性度量應該由數字類型相似性度量和枚舉類型相似性度量組合而成。

4.2 實驗過程

首先在案例庫中隨機選取20個成功案例作為當前突發事件，剩余的772個案例作為案例庫中的歷史突發事件。按順序從隨機選取的已有20個成功案例中選取一個案例A，將A中的基本情況輸入案例庫，在含有772個案例的案例庫中進行相似性度量的計算，提取出全局相似性度量值最大的案例作為A的參考案例，選擇其處置方案作為初始方案，然后人工對其進行修改形成最終方案。為了定量表示最終方案與原方案之間的相似度，將優化后的最終方案輸入到myCBR中，通過myCBR比較生成方案和事件A原方案的相似性。以此類推，形成20個比較結果。為了比較方案生成的效率，對每一次方案生成的耗時進行記錄，人工對方案的修改依業務熟練程度的不同而不同，取平均時間6 h。具體過程以某一事件為例進行說明：

（1） 輸入待求問題基本情況為：2010年楊莊礦務局因虧損嚴重，宣布破產，部分社會反動分子借機造謠生事，煽動不明真相群眾，手持棍棒，包圍礦務局大院，實施打砸搶等危害社會行為，天氣炎熱，聚集人數達到2 000人。

（2） 通過局部相似性度量分別計算，從事件性質、事件規模和地理氣候三方面與案例庫中的每個案例對應屬性進行相似性度量，度量值分別為0.93、0.92、0.95，依據以往處置突發事件的豐富經驗，地理氣候決定基本處置手段，事件規模限定參與處置的人數，事件性質涵蓋突發事件的處置方式，遂針對此情況特點，對三者分別加權為0.5，0.3，0.2。而后通過全局相似性度量計算，得出的最大的度量值為0.93，其對應案例被選定為最相似案例，完成檢索。

（3） 通過人工對初始方案進行修改，形成最終方案。

（4） 將最終方案輸入到myCBR中與事件原處置方案進行比較，得出相似性數值，并記錄方案生成的耗時。

4.3 實驗結果及分析

由表2可以看出，根據本方法生成的突發事件處置方案與原處置方案相比，具有很高的相似性，myCBR的比較結果都在0.95以上。可以看出，在突發事件案例豐富的條件下，能夠滿足處置突發事件方案準確生成的實際需要。20次實驗的方案生成耗時如表3所示。

5 結 語

本文提出了一種基于CBR的突發事件處置方案快速生成方法，該方法通過案例庫建模、相似性度量計算以及初始方案優化等步驟，能夠快速、準確地生成突發事件的處置方案。通過實驗可知，該方法具備較強的科學性和時效性，能夠為突發事件的有效處置提供較好支持。

參考文獻

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[2] 張天兵，彭啟偉.基于形式化預案的電力應急輔助決策規則生成方法[J].電力系統自動化，2010（22）：67?69.

[3] 李皓，常國岑，孫鵬，等.基于Agent的作戰方案自動生成系統研究[J].系統工程與電子技術，2009（1）：134?136.

[4] 李建洋，陳雪云，劉慧婷，等.基于案例推理表示的研究[J].合肥學院學報：自然科學版，2007（3）：26?29.

[5] JOHN Deepti Anne， JOHN Rose Rani. A framework for medical diagnosis using hybrid reasoning [C]// Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists. Hong Kong， China： IMECS， 2010，1： 978?988.

[6] NISANBAYEV Y， KO I S， ABDULLAEV S， et al. E?commerce applications of the hybrid reasoning method [C]// Proceedings of International Conference on New Trends in Information and Service Science. Beijing： [s.n.]， 2009： 797?801.

[7] 湯文宇，李玲娟.CBR方法中的案例表示和案例庫的構造[J]. 西安郵電學院學報，2006（5）：75?78.

[8] 朱乾有.基于CBR和RBR技術的突發事件預案管理系統的研究[D].西安：長安大學，2011.