Об одном подходе к кластеризации объектов

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки универсальных информационно-аналитических подходов для извлечения знаний из бурно растущего объема геофизических данных. Одна из основных задач в обработке геофизических данных заключается в выявлении в них объективно существующих закономерностей, на которых можно построить разнообразные, в том числе и прогнозные, модели поведения выделенных параметров геофизических полей. И именно технологии кластеризации данных являются начальным базисом для создания программного обеспечения подобных информационных систем анализа неструктурированных данных. Цель работы. Разработка методики кластеризации экспериментальных данных геофизической природы на основе выделения структур для решения задач анализа неструктурированной информации при изучении и контроле состояний сложных систем. Методы исследования. Классические и современные методы и алгоритмы кластеризации, алгоритмы теории графов, контрольный пример кластеризации геофизического поля метеорологических параметров с территории северной части Евразии. Результаты. Разработан новый алгоритм выделения структур в исходном геофизическом поле, позволяющий по пространственным характеристикам декомпозировать исследуемое пространство на области с похожим поведением исследуемых параметров. Алгоритм основывается на структуризации различных разложений (сезон, аномалия и т. д.) геофизических полей и обеспечивает получение разнообразной информации об исследуемом объекте в виде наборов параметров выделенных структур. Подобная информация вместе с сопутствующими эмпирическими зависимостями между параметрами рассматривается как обобщенная экспериментальная характеристика исследуемого объекта и служит основой для формирования гипотез и моделей его поведения. Кроме того, построенная таким образом структурная модель пространства метеорологического параметра обеспечивает возможность сжатия первичной информации без существенной потери семантической значимости исследуемого геофизического поля.

Relevance of the work is due to the need to develop universal information-analytical approaches to extract knowledge from the rapidly growing volume of geophysical data. One of the main problems in the processing of geophysical data is to find in it objectively existing laws which could become the basis for diverse, including forward-looking, behavior models of selected parameters of geophysical fields. And that data clustering technologies are the foundation for the software development of similar information systems analysis of unstructured data. The main aim of the study is to develop a method of experimental data clustering of geophysical nature on the basis of allocation of structures for solving problems of the analysis of unstructured information when studying and controlling complex systems. The methods used in the study: classical and modern methods and clustering algorithms, graph theory algorithms, test case of clustering of a geophysical field of meteorological parameters from the territory of the northern part of Eurasia. The results. The authors developed a new algorithm of structures allocation in the initial geophysical field, which allows decomposing the test space into fields with the same behavior of the studied parameters based on spatial characteristics. The algorithm is based on the structuring of the various expansions of geophysical fields (season, anomaly, etc.) and provides a wide range of information on the object in the form of sets of parameters of the selected structures. This information, along with the accompanying empirical relationship between the parameters is considered as a generalization of the experimental characterization of the object and is the basis for the formation of hypotheses and behavior models. In addition, a structural model of the space of a meteorological parameter provides the ability to compress primary data without significant loss of semantic value of the target geophysical field.