基于數(shù)據(jù)方差的數(shù)據(jù)庫(kù)模糊查詢技術(shù)應(yīng)用

韋美雁，周新林

（1.湖南科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，永州　425199；2.祁陽(yáng)縣馬江中學(xué)，永州 426100）

基于數(shù)據(jù)方差的數(shù)據(jù)庫(kù)模糊查詢技術(shù)應(yīng)用

韋美雁1，周新林2

（1.湖南科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院，永州425199；2.祁陽(yáng)縣馬江中學(xué)，永州 426100）

0　引言

在對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢時(shí)，經(jīng)常會(huì)有查詢條件中含有自然語(yǔ)言的模糊性的詞語(yǔ)，如“很高，非常優(yōu)秀，一般”等。一般是利用模糊集理論去計(jì)算模糊的查詢條件，即對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢進(jìn)行模糊擴(kuò)展，在查詢過程中通過計(jì)算關(guān)系中每個(gè)元組相應(yīng)字段針對(duì)模糊條件的匹配度，然后根據(jù)閾值來(lái)確定結(jié)果集。但在實(shí)際查詢時(shí)，會(huì)出現(xiàn)復(fù)合條件的模糊查詢，如簡(jiǎn)單地用合取式查詢和析取式查詢，有些情況下會(huì)查詢不出滿意的結(jié)果。例如“在學(xué)生關(guān)系中查找數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)得都好的學(xué)生”，若數(shù)學(xué)考試很難，沒有高分，就可能找不出滿足條件的學(xué)生。本文通過對(duì)查詢字段的數(shù)據(jù)利用方差標(biāo)準(zhǔn)化，較好地解決了這一問題。

1　模糊集與模糊查詢

1965年，Zadeh首先提出了模糊集［1］的理論，其主要用于研究現(xiàn)實(shí)世界中的一些模糊不清的問題。模糊理論與經(jīng)典理論相比，更接近人類思維和自然語(yǔ)言系統(tǒng)，因此更適合于模仿人類的思維推理。

1.1模糊集合

定義1設(shè)U是論域，稱映射

確定了一個(gè)U上的模糊子集A。映射μA稱為A的隸屬函數(shù)，μA（x）稱為x對(duì)A的隸屬程度，簡(jiǎn)稱隸屬度。

模糊子集A由隸屬函數(shù)μA唯一確定，故認(rèn)為二者是等同的。

定義2設(shè)A是論域U上的模糊子集，?α∈［0，1］，Aα=｛x∈U|fA（x）≥α｝?U稱為A的α截集，稱α為置信水平。

α截集Aα是一個(gè)經(jīng)典集合，由隸屬度不小于α的成員構(gòu)成，說(shuō)明在α水平下x屬于模糊子集A，記為x∈Aα，反之x?Aα。

1.2模糊查詢

將模糊查詢條件轉(zhuǎn)換成模糊SQL語(yǔ)句，其基本的語(yǔ)句組成和標(biāo)準(zhǔn)SQL語(yǔ)句類似，一般形式可表示如下：

SELECT（C1，C2，… ，Cn）FROM（relations）WHERE（fuzzy condition）WITH（α）

其中relations是一個(gè)精確或模糊關(guān)系；Ci是relations上的屬性；fuzzy condition是模糊條件，可以包含模糊關(guān)系運(yùn)算符（is）、模糊謂詞及連接詞（AND，OR）；α∈［0，1］為閾值，其作用是使查詢結(jié)果中匹配度大于α的記錄作為結(jié)果輸出。

2　基于方差的模糊查詢

例：給定一個(gè)學(xué)生成績(jī)關(guān)系（student）如表1。

表1　關(guān)系（student）

下面利用學(xué)生成績(jī)關(guān)系（student）來(lái)舉例說(shuō)明模糊查詢過程。

2.1數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于每門課程考試的試題難度存在差異，體現(xiàn)在考試的成績(jī)上就也會(huì)存在差異。如表1中數(shù)學(xué)的最高分是80，且普遍成績(jī)不高，而物理的最高分是93，基本上都不錯(cuò)。如果查詢“在學(xué)生關(guān)系中查找數(shù)學(xué)和物理學(xué)得都好的學(xué)生”，按文獻(xiàn)［3］的方法就查無(wú)結(jié)果。

其實(shí)把每門課程的分?jǐn)?shù)整體平移是不會(huì)改變這種差異性。因此，我們可以做如下標(biāo)準(zhǔn)化處理。將每門課程分?jǐn)?shù)的均值平移到同一個(gè)基點(diǎn)，這個(gè)基點(diǎn)取所有課程分?jǐn)?shù)均值的均值（記為）。每門課程分?jǐn)?shù)的方差不同導(dǎo)致每門課程分?jǐn)?shù)的1分對(duì)總分的貢獻(xiàn)度是不同的，用方差壓縮的思想可每門課程分?jǐn)?shù)的方差 （記為δj，j=1，…，N）調(diào)整到同一水平。這一水平我們選取所有課程分?jǐn)?shù)方差的均值（記為δ0），然后對(duì)所有課程分?jǐn)?shù)進(jìn)行調(diào)整。記bij為第j門課程第i個(gè)學(xué)生的原始分，那么經(jīng)過這次調(diào)整后的分?jǐn)?shù)bij'為：

按公式（1）可將表1中的各門課程的成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)化，得到表2。

表2　標(biāo)準(zhǔn)化后的關(guān)系（student）

2.2簡(jiǎn)單模糊查詢

在表1中查找“計(jì)算機(jī)成績(jī)好的學(xué)生”，模糊SQL可表示為：

對(duì)于關(guān)系student上的元組，計(jì)算屬性“COMP”關(guān)于“good”的匹配度，隸屬函數(shù)可表示為：

對(duì)于關(guān)系 student中的每個(gè)元組，計(jì)算屬性“COMP”屬性值關(guān)于模糊條件對(duì)應(yīng)隸屬函數(shù)的匹配值見表3。

表3　

最后根據(jù)閾值α得到結(jié)果集合中匹配度大于等于0.5的有第2，7，8三個(gè)元組。

2.3復(fù)合條件模糊查詢

在查詢條件中使用AND和OR等連接詞可將多個(gè)查詢條件組合成復(fù)合查詢條件，如“在學(xué)生關(guān)系中查找數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)得都好的學(xué)生”，其模糊SQL可表示為：

復(fù)合查詢條件中涉及關(guān)系中的多個(gè)屬性，則需要分別計(jì)算每個(gè)元組的相應(yīng)屬性值相對(duì)模糊條件的匹配度，進(jìn)而計(jì)算綜合匹配度。當(dāng)連接詞分別為AND和OR時(shí)，綜合匹配度的計(jì)算方法為：

其中mi表示元組R的第i個(gè)屬性值對(duì)于模糊條件隸屬函數(shù)的匹配度，“∧”表示取小，“∨”表示取大。

對(duì)于關(guān)系student上的元組，首先需要分別計(jì)算屬性“MATH”和“COMP”關(guān)于“good”的隸屬度和，隸屬函數(shù)可表示為公式（2）。計(jì)算結(jié)果見表4。

然后將每個(gè)元組相應(yīng)屬性的隸屬度值利用公式（3）計(jì)算每個(gè)元組與模糊查詢條件的匹配度，結(jié)果見表5。

其中匹配度大于等于閾值的元組是滿足模糊查詢條件的結(jié)果集合，有S2和S7。如按照文獻(xiàn)［3］的方法進(jìn)行查詢，則查不出以上結(jié)果。

表4　

表5　

3結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言進(jìn)行擴(kuò)展，可以利用自然語(yǔ)言對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行模糊查詢。但客觀中同一關(guān)系中的不同屬性的取值存在差異，使得查詢結(jié)果不一定準(zhǔn)確。本文通過方差壓縮的思想對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后再進(jìn)行模糊查詢，經(jīng)舉例驗(yàn)證，取得了較好的效果。

［1］Zadeh.L.A..Fuzzy Sets［J］.Information and Control，1965，338-353.

［2］謝季堅(jiān)，劉承平.模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用［M］.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000.

［3］劉曉慧.數(shù)據(jù)庫(kù)模糊查詢技術(shù)應(yīng)用［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2012，8（2）：255-257.

Relational Database；Fuzzy Query；Membership Function；Matching Degree；Variance

Application of Database Fuzzy Query Technology Based on Data Variance

WEI Mei-yan1，ZHOU Xin-lin2

（1.College of Electronics and Information Engineering，Hunan University of Science and Engineering，Yongzhou 425199；2.The County of Qiyang Majiang Middle School，Yongzhou 426100）

湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.12JJ3077）、湖南省教育廳科研課題（No.13C335）

1007-1423（2015）32-0029-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.32.007

韋美雁（1974-），女，湖南永州人，副教授，碩士，從事領(lǐng)域?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及GIS系統(tǒng)研究

2015-10-20

2015-10-30

在模糊查詢條件下，針對(duì)同一關(guān)系中的不同屬性的取值的差異性造成查詢結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，通過方差壓縮的思想對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后再進(jìn)行模糊查詢，并進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)；模糊查詢；隸屬函數(shù)；匹配度；方差

Studies a question about multiple conditions fuzzy query.The inaccurate query result is caused by the difference about the value of the different attributes of the same relationship.Through the variance of compression of the original data for standardization,fulfills fuzzy query and verifies the examples.