體育分析在籃球運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用研究

陳源源 徐校飛

(北京體育大學(xué) 北京 100084)

當(dāng)前，大數(shù)據(jù)的興起與各類行業(yè)間都產(chǎn)生了聯(lián)系，學(xué)術(shù)界會將“體育大數(shù)據(jù)”理解為在體育場景中數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用，但是所對應(yīng)的數(shù)據(jù)并不一定全部符合“大數(shù)據(jù)特點(diǎn)”，并且當(dāng)前概念較為模糊，其研究的實(shí)質(zhì)是屬于“體育分析”的一部分［1］。“體育分析”在英文中叫“Sports Analytics”，或者“Statistics in Sports”，與體育統(tǒng)計(jì)學(xué)有一定的聯(lián)系。體育分析有兩個(gè)關(guān)鍵方面：一方面屬于競技體育領(lǐng)域分析，主要是對球員、球隊(duì)以及教練員維度的分析應(yīng)用，深入挖掘運(yùn)動(dòng)員場上表現(xiàn)、幫助教練員制定決策以及預(yù)測運(yùn)動(dòng)員健康等方面的數(shù)據(jù)信息，提高運(yùn)動(dòng)員在比賽中的競技能力表現(xiàn)；另一方面是指體育競技體育商業(yè)領(lǐng)域分析，側(cè)重于通過數(shù)據(jù)的復(fù)雜算法來量化觀眾行為，并預(yù)測未來的場景和事件，幫助體育組織更好地經(jīng)營體育產(chǎn)業(yè)，直接增加門票和商品銷售，提高球迷的參與程度，從而帶來更高的盈利［2］。

“體育分析”所研究的數(shù)據(jù)類型包含“大數(shù)據(jù)”，也包含“小數(shù)據(jù)”。有研究認(rèn)為體育分析是包括數(shù)據(jù)收集和管理，預(yù)測建模和計(jì)算方法等部分，以便為與體育有關(guān)的決策制定找到有價(jià)值的信息［3］。具體來說，體育分析是指對結(jié)構(gòu)化的歷史數(shù)據(jù)的管理，將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用到預(yù)測性模型分析以及信息系統(tǒng)中，為決策者提供制定決策的信息，使他們能夠幫助自己的運(yùn)動(dòng)隊(duì)在競爭領(lǐng)域獲得優(yōu)勢［4］。

籃球比賽中所涉及的數(shù)據(jù)可以是定量的，也可以是定性的，通常是與籃球相關(guān)的資源中收集的，如球員的場均數(shù)據(jù)、比賽錄像和醫(yī)療報(bào)告等，收集的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、集中化處理，使用不同的度量標(biāo)準(zhǔn)分析，并將有價(jià)值特征的信息，通過報(bào)告、圖形等形式傳達(dá)給教練員、運(yùn)動(dòng)員和管理者，使之能夠做出關(guān)鍵的決策［5］。到21 世紀(jì)，體育分析利用現(xiàn)代的數(shù)據(jù)收集技術(shù)，從實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)捕捉到強(qiáng)大的算法，它可以幫助解釋數(shù)據(jù)，為備戰(zhàn)重要比賽制定比賽策略，在訓(xùn)練過程中進(jìn)行對手的比賽模擬。隨著競技比賽利害關(guān)系越來越大，這種做法需要數(shù)字的推動(dòng)，以提供可預(yù)見的影響，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樗囆g(shù)和科學(xué)的結(jié)合，這就是人們現(xiàn)在所處的時(shí)代。

1 體育分析的歷史沿革

體育分析是基于“運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)分析”而產(chǎn)生的，運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)分析是指對體育比賽中關(guān)鍵事件、行為和技戰(zhàn)術(shù)變量進(jìn)行記錄，其歷史來源可追溯到19世紀(jì)中后期存在的體育考試方法，體育記者是19世紀(jì)末和20世紀(jì)初的體育符號系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)［6］。計(jì)數(shù)分析是記錄運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的客觀方式，可以以一致且可靠的方式量化關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，使教練能夠客觀地評估運(yùn)動(dòng)員的競技表現(xiàn)［7］。20 世紀(jì)50 年代，由美國耶魯大學(xué)男籃主教練哈沃德·霍布森（Howard Hobson）出版的Scientific Basketball中指出：20 世紀(jì)30 年代，籃球比賽中就開始通過觀察、分析和記錄比賽過程中兩個(gè)球隊(duì)、運(yùn)動(dòng)員個(gè)人以及裁判的所有表現(xiàn)。學(xué)術(shù)界認(rèn)為，體育分析的普及最早是可以追溯到20 世紀(jì)70 年代在棒球方面的運(yùn)用。比爾·詹姆斯（Bill James）于1977 年自行出版了一本名為《比爾·詹姆斯棒球摘要》的年度書籍，他是賽伯計(jì)量學(xué)的創(chuàng)始人，并創(chuàng)設(shè)了美國棒球研究協(xié)會（Society for American Baseball Research，SABR）。1997 年比利·比恩（Billy Beane）在美國職業(yè)棒球隊(duì)大聯(lián)盟奧克蘭運(yùn)動(dòng)家隊(duì)使用的高級棒球統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和賽伯計(jì)量學(xué)，利用一套統(tǒng)計(jì)學(xué)的公式將運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)進(jìn)行量化，以最經(jīng)濟(jì)的成本挑選那些被低估的球員。20世紀(jì)八九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)收集和分析過程逐漸計(jì)算機(jī)化，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于網(wǎng)球和壘球計(jì)數(shù)分析的計(jì)算機(jī)化版本［8］。

自從2003年邁克爾·劉易斯（Michael Lewis）的《魔球：逆境中致勝的智慧》出版以來，在美國體育界激起一股數(shù)據(jù)分析的熱潮。在等一批研究者先驅(qū)的努力下，各個(gè)職業(yè)體育聯(lián)盟出現(xiàn)了面向公眾的比賽數(shù)據(jù)網(wǎng)站［9］。2010 年，全美最受歡迎的體育聯(lián)盟開始認(rèn)識到數(shù)據(jù)的力量，如最初基于以色列導(dǎo)彈跟蹤技術(shù)的攝像系統(tǒng)（Sport VU）被應(yīng)用到NBA 球場上，從實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)捕捉到強(qiáng)大的算法，使視頻數(shù)據(jù)分析成為可能。隨著現(xiàn)代數(shù)據(jù)科學(xué)以及信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)的數(shù)量顯然大于從中提取到的有價(jià)值的信息量［10］，數(shù)據(jù)的不斷積累和豐富同樣也伴隨著數(shù)據(jù)分析方法以及數(shù)據(jù)運(yùn)算能力的不斷發(fā)展，體育分析所帶來的價(jià)值正不斷被正視，這也標(biāo)志著體育分析領(lǐng)域的思考模式正在發(fā)生轉(zhuǎn)變。

如今，體育分析作為一門新興的交叉學(xué)科，受到更多的關(guān)注。國際與之相關(guān)的體育分析研討會不斷增加，并面向世界的不同群體討論體育相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)問題，該文將列舉主要的國際體育分析會議（見表1）。

表1 國際體育分析研討會

對于體育分析的研究，在國外主流期刊上有不少相應(yīng)的文章研究運(yùn)動(dòng)場上的動(dòng)態(tài)過程以及球員評價(jià)。例如，Journal of Quantitative Analysis in Sports是美國高質(zhì)量的體育研究期刊，文章來自廣泛的體育項(xiàng)目和不同的視角，涉及的主題包括比賽結(jié)果模型、球員表現(xiàn)的測量和評估、比賽結(jié)構(gòu)、規(guī)則和裁決分析、比賽內(nèi)策略、體育技術(shù)分析以及球員和團(tuán)隊(duì)排名方法。

2 體育分析在籃球領(lǐng)域的應(yīng)用

體育分析的潛力是巨大的。一方面，這歸功于分析技術(shù)的進(jìn)步，這些技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更快、更精確和更強(qiáng)大的數(shù)字運(yùn)算，嘗試更深入地研究數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型決策的實(shí)施，深入挖掘運(yùn)動(dòng)員場上表現(xiàn)、幫助教練員決策制定以及預(yù)測運(yùn)動(dòng)員健康等方面的數(shù)據(jù)信息。另一方面，歸功于視頻分析技術(shù)和可穿戴設(shè)備等高科技技術(shù)的發(fā)展。視頻分析技術(shù)可以用來幫助運(yùn)動(dòng)員和教練員更好地解決個(gè)人技術(shù)和團(tuán)隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)中的優(yōu)劣點(diǎn)，如運(yùn)動(dòng)員在比賽中暴露出的技術(shù)短板，可以及時(shí)得到提高，并且可以在賽前幫助球隊(duì)了解對手的技戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)，從而做到知己知彼。可穿戴設(shè)備是體育分析不可或缺的一部分，通過監(jiān)測運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練或比賽期間的生命體征，教練員可以準(zhǔn)確地把握訓(xùn)練、比賽的負(fù)荷，了解運(yùn)動(dòng)員的速度、耐力及力量的強(qiáng)弱點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整和設(shè)計(jì)相符的訓(xùn)練方法和負(fù)荷強(qiáng)度，最終達(dá)到提高運(yùn)動(dòng)員比賽表現(xiàn)的目的。

2.1 運(yùn)動(dòng)員及球隊(duì)競技表現(xiàn)的跟蹤與分析

在籃球比賽過程中，數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)可以利用場上球員產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤、做出預(yù)測并在現(xiàn)場發(fā)揮決定性作用；比賽后利用歷史數(shù)據(jù)對運(yùn)動(dòng)員評估、訓(xùn)練反饋、戰(zhàn)術(shù)制定等有助于團(tuán)隊(duì)或個(gè)人提升競技水平。

籃球是一項(xiàng)需要全面枚舉參數(shù)的運(yùn)動(dòng)，為更好地評估球員以及球隊(duì)的績效表現(xiàn)以幫助教練員制定更好決策，基于籃球場上的球員、教練員和球隊(duì)表現(xiàn)的綜合數(shù)據(jù)集，相關(guān)專業(yè)分析人員利用復(fù)雜公式開發(fā)出與之相關(guān)的高階數(shù)據(jù)指標(biāo)［11］。通過這些指標(biāo)可以比較首發(fā)球員和替補(bǔ)球員在上場時(shí)間內(nèi)攻防效率差異；在決定引進(jìn)不同聯(lián)賽運(yùn)動(dòng)員時(shí)，區(qū)分不同位置運(yùn)動(dòng)員的投籃準(zhǔn)確度［12］，以優(yōu)化運(yùn)動(dòng)員的選擇和發(fā)展。根據(jù)球員的不同風(fēng)格，制定球隊(duì)及對手策略時(shí)，優(yōu)化球隊(duì)的陣容評估和最終選擇是至關(guān)重要的。

教練員利用體育分析可以幫助團(tuán)隊(duì)的組成、比賽中戰(zhàn)術(shù)的制定、運(yùn)動(dòng)員的職業(yè)發(fā)展并評估如何將其實(shí)現(xiàn)，以用來對未來的預(yù)測，專業(yè)球探利用現(xiàn)代的統(tǒng)計(jì)預(yù)測知識，可以更專業(yè)地評估運(yùn)動(dòng)員的發(fā)展前景。體育分析對籃球運(yùn)動(dòng)發(fā)展的一個(gè)顯著影響體現(xiàn)在三分球風(fēng)格趨勢的轉(zhuǎn)變，數(shù)據(jù)分析專家根據(jù)投籃位置的數(shù)據(jù)開發(fā)出了球場上每個(gè)位置的每次投籃預(yù)期得分模型，該模型表明相比較遠(yuǎn)距離的兩分球投籃遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如選擇三分球投籃［13］，有了這些知識，教練就會指導(dǎo)球員專注于三分線后更有價(jià)值的三分球投籃，而兩分跳投的相對減少。

2.2 運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)損傷的監(jiān)控與改善

通過將運(yùn)動(dòng)員傷病史、運(yùn)動(dòng)習(xí)慣和歷史其他數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析并最終預(yù)判和預(yù)防損傷的發(fā)生。通過教練員的執(zhí)教經(jīng)驗(yàn)評估訓(xùn)練量和預(yù)測運(yùn)動(dòng)員損傷是有一定的價(jià)值，但是這帶有主觀局限性。數(shù)據(jù)科學(xué)和體育分析在支持團(tuán)隊(duì)和球員提高競技表現(xiàn)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，國外研究中認(rèn)為受傷和病理對競技表現(xiàn)有很大的影響，肌肉骨骼損傷是最常見的導(dǎo)致競技表現(xiàn)下降的原因，基于描述球員和團(tuán)隊(duì)績效表現(xiàn)的整體多變量模型，發(fā)現(xiàn)競技表現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)損傷之間存在正相關(guān)關(guān)系［14］。

國內(nèi)學(xué)者提出從宏觀角度出發(fā)，將運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練負(fù)荷監(jiān)控分為內(nèi)部負(fù)荷監(jiān)控和外部負(fù)荷監(jiān)控。其中內(nèi)部負(fù)荷監(jiān)控領(lǐng)域中的可穿戴設(shè)備分為心肺指標(biāo)、體液指標(biāo)以及神經(jīng)肌肉指標(biāo)，外部負(fù)荷監(jiān)控領(lǐng)域的可穿戴設(shè)備通常以GPS、陀螺儀和加速度計(jì)3種傳感器為主［15］。不同的運(yùn)動(dòng)所需要收集的數(shù)據(jù)是不同的，因此在制訂運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練計(jì)劃時(shí)，為確保運(yùn)動(dòng)員能夠適應(yīng)訓(xùn)練負(fù)荷，應(yīng)將可穿戴技術(shù)設(shè)備與數(shù)據(jù)分析技術(shù)相結(jié)合，識別受傷風(fēng)險(xiǎn)因素較高的球員，并有針對性地進(jìn)行干預(yù)。

3 體育分析研究的發(fā)展前景

（1）今后的體育分析應(yīng)該具備多元化視角，應(yīng)集中在教練員、運(yùn)動(dòng)員、數(shù)據(jù)分析師等體育競賽相關(guān)人群最關(guān)注的核心問題上。體育分析可以幫助教練員閱讀比賽，以了解運(yùn)動(dòng)隊(duì)和對手的優(yōu)勢和弱勢。此外，還可以從不同角度收集與訓(xùn)練表現(xiàn)有關(guān)的心理、身體和受傷等相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及運(yùn)動(dòng)員的社交網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，來了解運(yùn)動(dòng)員的想法和行為。

（2）更先進(jìn)的數(shù)據(jù)收集方法和敏捷高效的存儲方式。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶來更多的新設(shè)備、新軟件和新的數(shù)據(jù)收集手段。如EPTS 數(shù)字化表現(xiàn)和跟蹤系統(tǒng)、OPTA 技戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)、Sport code 視頻采集及分析軟件、Catapult可穿戴設(shè)備以及視頻采集分析軟件等，都是目前被廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段。在不久的將來，基于這些高科技設(shè)備和技術(shù)手段的革新，都會給該領(lǐng)域帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

（3）豐富的數(shù)據(jù)分析模型和可視化方式：機(jī)器學(xué)習(xí)是關(guān)鍵的核心技術(shù)，因?yàn)榍騿T和球的移動(dòng)數(shù)據(jù)是完全不規(guī)則和非結(jié)構(gòu)化的。例如，“Gohosting”的模型能夠分析足球運(yùn)動(dòng)員在進(jìn)攻和防守時(shí)的表現(xiàn)，并且還具備可視化數(shù)據(jù)信息手段，幫助教練員和運(yùn)動(dòng)員觀看特定比賽的直播。混合線性模型、支持向量機(jī)回歸模型、決策樹預(yù)測模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等都已經(jīng)逐漸被引入到體育分析中來，但是當(dāng)前集合所有定量和定性的數(shù)據(jù)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，這對未來教練員的領(lǐng)導(dǎo)力也提出了要求。