基于模糊集理論的園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)方法

水 源

（合肥學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)系，合肥230001）

0 引言

隨著城市生態(tài)建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)城市生態(tài)保護(hù)提出了更高的要求。通過(guò)城市園林景觀(guān)設(shè)計(jì)，改善城市生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)生態(tài)保護(hù)。園林植物作為“綠色自然”構(gòu)成的唯一要素，在進(jìn)行園林景觀(guān)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)園林景觀(guān)的美感進(jìn)行合理性評(píng)價(jià)，構(gòu)建園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)的模糊約束參量模型。結(jié)合自然生態(tài)保護(hù)和節(jié)能建設(shè)，提高園林景觀(guān)設(shè)計(jì)的合理性和美感，研究園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)方法在進(jìn)行的生態(tài)建設(shè)和園林設(shè)計(jì)中具有重要意義[1]。

對(duì)園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的研究是建立在對(duì)景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的可靠性約束指標(biāo)分析基礎(chǔ)上的，研究者結(jié)合園林植物景觀(guān)的系統(tǒng)和和層次化分析，來(lái)提高園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的可靠度[2]。傳統(tǒng)方法中，對(duì)園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的方法主要有層次分析法、系統(tǒng)分析法和主成分特征分析法等[3-4]，這些方法綜合運(yùn)用多因素、模糊性及主觀(guān)判斷方法進(jìn)行園林植物景觀(guān)的美感評(píng)價(jià)，以求提高美感評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。但上述方法在綜合性評(píng)價(jià)中存在誤差較大的問(wèn)題，為解決這一問(wèn)題，本文提出一種基于模糊集理論的園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)模型。此模型采用層次法分析園林植物景觀(guān)美感，依據(jù)模糊集理論對(duì)園林設(shè)計(jì)中的合理性進(jìn)行評(píng)估，對(duì)園林植物景觀(guān)美感進(jìn)行美學(xué)分析，實(shí)現(xiàn)園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)。通過(guò)實(shí)證分析得出有效性結(jié)論。

1 園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的約束指標(biāo)集和層次分析

1.1 園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)約束指標(biāo)

采用模糊約束控制方法構(gòu)建園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的特征分析模型，對(duì)采樣的美感評(píng)價(jià)約束指標(biāo)采用描述性統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行模糊集調(diào)度分析，在第k鄰域內(nèi)，求得實(shí)證分析環(huán)境下園林植物景觀(guān)美感數(shù)據(jù)分布模型，對(duì)訓(xùn)練樣本和測(cè)試集進(jìn)行灰階量化分析，運(yùn)用多因素分級(jí)處理技術(shù)[6]，得到園林植物景觀(guān)的美感評(píng)價(jià)約束指標(biāo)特征分解模型為

結(jié)合線(xiàn)性規(guī)劃方法進(jìn)行園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)因子分析，模糊綜合評(píng)判的關(guān)聯(lián)度為

根據(jù)模糊綜合評(píng)判結(jié)果進(jìn)行主成分分析，結(jié)合園林植物景觀(guān)美感的互信息量進(jìn)行關(guān)聯(lián)積分匹配，模糊數(shù)學(xué)主成分特征提取，進(jìn)行園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)體系構(gòu)建，采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法[7]，得到園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的信任值計(jì)算為：

用精確的數(shù)學(xué)方法去描述園林植物景觀(guān)美感特征，以園林植物景觀(guān)的節(jié)能性、美觀(guān)性、風(fēng)景融合性以及節(jié)能環(huán)保性等參數(shù)為約束指標(biāo)集，構(gòu)建園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)的模糊約束參量模型。

1.2 美感評(píng)價(jià)的層次分析方法

在構(gòu)建園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)的約束指標(biāo)集的基礎(chǔ)上，采用Fuzyz Comprheen-sive方法進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)決策[8]，建立評(píng)價(jià)體系，得到園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的層次分析模型為

采用“問(wèn)題-評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)-選擇方案”的階層方案構(gòu)建園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的層次分析模型[9]，表示為

根據(jù)園林植物景觀(guān)的模糊度，結(jié)合模糊集理論，得到園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的物質(zhì)材料貢獻(xiàn)度水平為

其中es∈Es，采用橫向結(jié)構(gòu)分析方法，得到園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的控制變量為：

結(jié)合描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果進(jìn)行美感評(píng)價(jià)約束性特征提取，對(duì)提取的園林植物景觀(guān)美感的統(tǒng)計(jì)特征量采用階層化分析方法進(jìn)行遞階分析[10]，由此得到園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的層次分析結(jié)果為

式中，MSDa→b為美感評(píng)價(jià)的一致性函數(shù)，綜上分析，采用層次分析方法進(jìn)行園林景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的決策模型構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)園林植物景觀(guān)美感的一致性評(píng)估優(yōu)化。

2 園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)的模糊集理論分析

2.1 模糊集理論和評(píng)價(jià)決策

上式表示為一個(gè)正態(tài)分布函數(shù)，ω為園林植物景觀(guān)設(shè)計(jì)效果的模糊調(diào)度集，結(jié)合線(xiàn)性規(guī)劃方法進(jìn)行園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)因子分析，使美感評(píng)價(jià)的各層次系統(tǒng)化、條理化，采用自相關(guān)特征匹配，得到園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的關(guān)聯(lián)映射關(guān)系為

根據(jù)上述分析，采用模糊約束控制方法構(gòu)建園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的特征分析模型，結(jié)合線(xiàn)性規(guī)劃方法進(jìn)行園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)因子分析，得到狀態(tài)特征向量集合表示為

對(duì)采樣的美感評(píng)價(jià)約束指標(biāo)采用描述性統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行模糊集調(diào)度分析，結(jié)合動(dòng)態(tài)反饋方法得到模糊歸類(lèi)集為

根據(jù)美感評(píng)價(jià)約束指標(biāo)挖掘結(jié)果，提取其統(tǒng)計(jì)特征量，構(gòu)造景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的實(shí)證分析模型，得到美感評(píng)價(jià)的閾值函數(shù)

采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)評(píng)估的方法進(jìn)行園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)，構(gòu)建實(shí)證分析模型，得到優(yōu)化的控制函數(shù)

綜上處理，實(shí)現(xiàn)園林景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的模糊集理論構(gòu)造和評(píng)價(jià)決策。

2.2 評(píng)價(jià)模型優(yōu)化

在采用層次分析方法進(jìn)行園林景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的決策模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，將園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為求模糊集的二元規(guī)劃問(wèn)題，描述為

其中N表示定量回歸分析的特征分布長(zhǎng)度，J為層次分析的階數(shù)，在m維度的矢量空間中，進(jìn)行園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的關(guān)聯(lián)性分析，關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘結(jié)果為

植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的模糊迭代式描述如下

其中1≤j≤J，由此得到園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的決策特征量為

其中，E[x3(t)]為期望值，b表示決策系數(shù)，景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的模糊調(diào)度集為：

上式中，x'(t)和s'(t)分別為：

綜上分析，根據(jù)園林植物景觀(guān)的節(jié)能性、美觀(guān)性、風(fēng)景融合性，采用量化回歸分析和主成分特征提取方法，實(shí)現(xiàn)園林植物景觀(guān)美感的優(yōu)化評(píng)價(jià)。

3 實(shí)證分析

為了測(cè)試本文方法在實(shí)現(xiàn)園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)中的應(yīng)用性能，結(jié)合SPSS 14.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行實(shí)證分析，結(jié)合線(xiàn)性規(guī)劃方法進(jìn)行園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)因子分析，采用Matlab仿真工具進(jìn)行模糊集評(píng)價(jià)算法的程序設(shè)計(jì)，對(duì)原始評(píng)價(jià)信息的先驗(yàn)數(shù)據(jù)采集樣本規(guī)模為2000，訓(xùn)練集為100，美感評(píng)價(jià)的層次數(shù)設(shè)定為A、B、C、D共4層體系，得到描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

以上述描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行的園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)，得到評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果

分析圖1得知，采用本文方法能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)挖掘，根據(jù)挖掘結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)測(cè)，得到美感評(píng)價(jià)的置信度水平對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

圖2 評(píng)價(jià)性能對(duì)比

分析圖2得知，三種方法在迭代次數(shù)40次以?xún)?nèi)時(shí)，美感評(píng)價(jià)置信逐漸增加，超過(guò)40次時(shí)，美感評(píng)價(jià)置信逐漸平穩(wěn)，層次分析法為0.85,主成分分析法為0.8，本文方法的美感評(píng)級(jí)置信水平達(dá)到0.99，明顯高于其他方法。說(shuō)明采用本文方法進(jìn)行園林植物景觀(guān)美感評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性較高，評(píng)價(jià)置信度水平較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)園林景觀(guān)的美感進(jìn)行合理性評(píng)價(jià)，構(gòu)建園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)的模糊約束參量模型，結(jié)合自然生態(tài)保護(hù)和節(jié)能建設(shè)，提高園林景觀(guān)設(shè)計(jì)的合理性和美感。本文提出一種基于模糊集理論的園林植物景觀(guān)美感自動(dòng)評(píng)價(jià)模型，通過(guò)層次分析方法對(duì)園林設(shè)計(jì)美感評(píng)價(jià)，通過(guò)模糊集理論對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果公正性進(jìn)行評(píng)價(jià)決策，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘方法對(duì)評(píng)價(jià)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)比不同方法的評(píng)價(jià)性能可知本文方法的美感評(píng)級(jí)置信水平明顯高于其他方法，具有一定的優(yōu)越性。