基于CBR的突发事件处置方案快速生成方法研究

于世浡　汤晓安　孔龙星　张俊达

摘 要： 结合当前处置突发事件的实际需求，提出一种基于CBR的突发事件处置方案快速生成方法。首先基于框架表示法对突发事件案例进行建模，并构建案例库；然后基于相似性度量，提取与本次突发事件最为接近的参考案例，并根据实际情况进行交互修改后，得到最终处置方案；最后进行了仿真实验，验证了该方法的有效性。

关键词： CBR； 方案生成； 突发事件； 案例库构建

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 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

随着国际国内形势的发展变化，以及意识形态领域斗争的日趋复杂，各类突发事件呈现高发快闪、对抗激烈、高度透明等特点。目前，由于事件的性质、规模等不同，必须对处置方案进行人工临时生成。但是由于突发事件类型较多，情况复杂多变，一方面人工生成处置方案效率低下，很难满足处置突发事件的紧急需求；另一方面，生成的处置方案往往掺杂主观因素，并且由于事件的突发性，很难保证方案的全面性和有效性。因此，是否能够快速、科学地生成突发事件处置方案已经成为制约成功处置突发事件的关键因素。

目前，在方案快速生成方面，国内外学者进行了大量深入研究，研究成果主要基于案例推理（Case?Based Reasoning，CBR）技术和规则推理（Rule?Based Reasoning，RBR）技术。如王世云等提出了一种基于CBR技术的机动工程保障方案生成方法[1]，主要研究机动工程保障决策过程中的思维经验和预案，并构建了机动工程保障案例的存贮模型和推理模型。张天兵等提出了一种基于经典关联规则算法Apriori思想的电力应急辅助决策规则生成方法[2]，从中提炼出应急处置中的决策参考信息，并提出了应急辅助决策规则的数学模型。李皓等提出了一种应用过程推理系统对作战方案的自动生成方法[3]，实现对战术目标的批处理。李建洋等提出了一种基于案例推理的机器学习方法[4]，研究了不同环境下的案例表示，以及案例库构建方法问题。John等提出了一种医疗诊断混合推理的框架[5]，将规则推理和案例推理相结合用于医学诊断。Nisanbayev等提出了一种电子商务应用的混合推理方法[6]，该方法提高了系统的搜索机制。综合以上方法可以看出，尽管CBR处理速度快，处理能力强，但容易受案例库资源有限性的影响，同时缺乏规则指导，导致无法生成满意的方案；RBR解释能力强，表现形式清楚，但存在知识获取的“瓶颈”问题，对于处理过的问题没有记忆，处理例外情况能力较差。

针对以上方法的不足，结合当前处置突发事件的实际需求，本文提出了一种基于CBR的突发事件处置方案快速生成方法，首先基于框架表示法对突发事件案例进行建模，构建案例库；然后基于相似性度量，计算当前事件与历史事件的总体相似度，提取与本次突发事件最为接近的参考案例，最后，经过交互修改，得到最终的处置方案。

1 基于框架表示法的案例库建模

突发事件的案例是指在处置突发事件过程中所经历的典型的富有多种意义的事件陈述，对处置的学习、研究、借鉴以及创新具有重要意义。

案例库建模即把处置突发事件的指挥员和领域专家处置突发事件的经验和知识转变为可被计算机接受的用于描述知识的数据结构。案例一般表示为：

案例=<情况描述，处置经过，经验教训>

其中，情况描述是用来描述突发事件的属性信息。处置经过是描述突发事件的具体处置措施，任何基于案例推理的系统必须要有情况描述和处置经过。经验教训是从多次处置突发事件实践中得到的经验和从错误或失败中得到的教训。

案例库建模作为CBR求解问题的第一个步骤，对于输入的案例首先要以系统可以识别的方式进行描述，然后才可以进行检索。根据知识表示的方便性、有效性、可扩展性及应用的领域，可以借鉴人工智能领域的多种知识表示方法[7] ，如剧本表示法、框架表示法、谓词逻辑表示法、语义网络表示法等。其中，框架表示法适应性强、概括性好、结构化好、推理方式灵活，能把陈述性知识和过程性知识相结合[8]。因此本文采用框架表示法对案例库进行建模。框架表示法通常由框架名、槽、侧面及侧面值构成。通过对突发事件处置方案的要素分析，将处置方案的事项分类、属性和属性值分别对应于框架表示法的槽、侧面项和侧面值，表1给出了某突发事件处置方案的部分框架模型（限于篇幅，仅给出了部分典型侧面值）。

由表1可知，从模型结构方面，模型主要从情况描述、处置经过、经验教训等三方面对突发事件案例进行分类，将其细化为在突发事件处置中的各方面属性，其中事件性质、事件规模和地理气候是对事件情况的描述；处置实施是对处置经过的概述；经验、教训、建议和启示是对整个事件的总结和延伸。从数据类型方面，所有侧面值，均可以用数字、枚举和文本类型进行描述。

2 参考案例相似性度量

衡量两个突发事件之间相似性，一般从事件性质、事件规模和地理气候三个属性来考虑。案例相似性度量（Similarity Measure）的选择是CBR检索的关键，合理有效的度量函数可以使用户快速、准确地在案例库中检索到相似案例，为方案的快速生成提供可能。本文基于层次分析法[8]，将案例属性之间的相似性度量定义为局部相似性度量，将案例整体的相似性度量定义为全局相似性度量，通过求案例各属性相似性度量的加权和来得到整体案例的相似性度量，进而从案例库中选择整体相似度最高的案例作为参考案例。

2.1 局部相似性度量

由表1可知，事件性质、事件规模和地理气候三个属性中的内容，仅包含数字和枚举两种类型。因此，局部相似性度量应该由数字类型相似性度量和枚举类型相似性度量组合而成。

4.2 实验过程

首先在案例库中随机选取20个成功案例作为当前突发事件，剩余的772个案例作为案例库中的历史突发事件。按顺序从随机选取的已有20个成功案例中选取一个案例A，将A中的基本情况输入案例库，在含有772个案例的案例库中进行相似性度量的计算，提取出全局相似性度量值最大的案例作为A的参考案例，选择其处置方案作为初始方案，然后人工对其进行修改形成最终方案。为了定量表示最终方案与原方案之间的相似度，将优化后的最终方案输入到myCBR中，通过myCBR比较生成方案和事件A原方案的相似性。以此类推，形成20个比较结果。为了比较方案生成的效率，对每一次方案生成的耗时进行记录，人工对方案的修改依业务熟练程度的不同而不同，取平均时间6 h。具体过程以某一事件为例进行说明：

（1） 输入待求问题基本情况为：2010年杨庄矿务局因亏损严重，宣布破产，部分社会反动分子借机造谣生事，煽动不明真相群众，手持棍棒，包围矿务局大院，实施打砸抢等危害社会行为，天气炎热，聚集人数达到2 000人。

（2） 通过局部相似性度量分别计算，从事件性质、事件规模和地理气候三方面与案例库中的每个案例对应属性进行相似性度量，度量值分别为0.93、0.92、0.95，依据以往处置突发事件的丰富经验，地理气候决定基本处置手段，事件规模限定参与处置的人数，事件性质涵盖突发事件的处置方式，遂针对此情况特点，对三者分别加权为0.5，0.3，0.2。而后通过全局相似性度量计算，得出的最大的度量值为0.93，其对应案例被选定为最相似案例，完成检索。

（3） 通过人工对初始方案进行修改，形成最终方案。

（4） 将最终方案输入到myCBR中与事件原处置方案进行比较，得出相似性数值，并记录方案生成的耗时。

4.3 实验结果及分析

由表2可以看出，根据本方法生成的突发事件处置方案与原处置方案相比，具有很高的相似性，myCBR的比较结果都在0.95以上。可以看出，在突发事件案例丰富的条件下，能够满足处置突发事件方案准确生成的实际需要。20次实验的方案生成耗时如表3所示。

5 结 语

本文提出了一种基于CBR的突发事件处置方案快速生成方法，该方法通过案例库建模、相似性度量计算以及初始方案优化等步骤，能够快速、准确地生成突发事件的处置方案。通过实验可知，该方法具备较强的科学性和时效性，能够为突发事件的有效处置提供较好支持。

参考文献

[1] 王世云，刘彦存，蔡鄂，等.基于案例推理机动工程保障方案生成模型研究[J].军事运筹与系统工程，2012（2）：21?25.

[2] 张天兵，彭启伟.基于形式化预案的电力应急辅助决策规则生成方法[J].电力系统自动化，2010（22）：67?69.

[3] 李皓，常国岑，孙鹏，等.基于Agent的作战方案自动生成系统研究[J].系统工程与电子技术，2009（1）：134?136.

[4] 李建洋，陈雪云，刘慧婷，等.基于案例推理表示的研究[J].合肥学院学报：自然科学版，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] 汤文宇，李玲娟.CBR方法中的案例表示和案例库的构造[J]. 西安邮电学院学报，2006（5）：75?78.

[8] 朱乾有.基于CBR和RBR技术的突发事件预案管理系统的研究[D].西安：长安大学，2011.

由表1可知，从模型结构方面，模型主要从情况描述、处置经过、经验教训等三方面对突发事件案例进行分类，将其细化为在突发事件处置中的各方面属性，其中事件性质、事件规模和地理气候是对事件情况的描述；处置实施是对处置经过的概述；经验、教训、建议和启示是对整个事件的总结和延伸。从数据类型方面，所有侧面值，均可以用数字、枚举和文本类型进行描述。

2 参考案例相似性度量

衡量两个突发事件之间相似性，一般从事件性质、事件规模和地理气候三个属性来考虑。案例相似性度量（Similarity Measure）的选择是CBR检索的关键，合理有效的度量函数可以使用户快速、准确地在案例库中检索到相似案例，为方案的快速生成提供可能。本文基于层次分析法[8]，将案例属性之间的相似性度量定义为局部相似性度量，将案例整体的相似性度量定义为全局相似性度量，通过求案例各属性相似性度量的加权和来得到整体案例的相似性度量，进而从案例库中选择整体相似度最高的案例作为参考案例。

2.1 局部相似性度量

由表1可知，事件性质、事件规模和地理气候三个属性中的内容，仅包含数字和枚举两种类型。因此，局部相似性度量应该由数字类型相似性度量和枚举类型相似性度量组合而成。

4.2 实验过程

首先在案例库中随机选取20个成功案例作为当前突发事件，剩余的772个案例作为案例库中的历史突发事件。按顺序从随机选取的已有20个成功案例中选取一个案例A，将A中的基本情况输入案例库，在含有772个案例的案例库中进行相似性度量的计算，提取出全局相似性度量值最大的案例作为A的参考案例，选择其处置方案作为初始方案，然后人工对其进行修改形成最终方案。为了定量表示最终方案与原方案之间的相似度，将优化后的最终方案输入到myCBR中，通过myCBR比较生成方案和事件A原方案的相似性。以此类推，形成20个比较结果。为了比较方案生成的效率，对每一次方案生成的耗时进行记录，人工对方案的修改依业务熟练程度的不同而不同，取平均时间6 h。具体过程以某一事件为例进行说明：

（1） 输入待求问题基本情况为：2010年杨庄矿务局因亏损严重，宣布破产，部分社会反动分子借机造谣生事，煽动不明真相群众，手持棍棒，包围矿务局大院，实施打砸抢等危害社会行为，天气炎热，聚集人数达到2 000人。

（2） 通过局部相似性度量分别计算，从事件性质、事件规模和地理气候三方面与案例库中的每个案例对应属性进行相似性度量，度量值分别为0.93、0.92、0.95，依据以往处置突发事件的丰富经验，地理气候决定基本处置手段，事件规模限定参与处置的人数，事件性质涵盖突发事件的处置方式，遂针对此情况特点，对三者分别加权为0.5，0.3，0.2。而后通过全局相似性度量计算，得出的最大的度量值为0.93，其对应案例被选定为最相似案例，完成检索。

（3） 通过人工对初始方案进行修改，形成最终方案。

（4） 将最终方案输入到myCBR中与事件原处置方案进行比较，得出相似性数值，并记录方案生成的耗时。

4.3 实验结果及分析

由表2可以看出，根据本方法生成的突发事件处置方案与原处置方案相比，具有很高的相似性，myCBR的比较结果都在0.95以上。可以看出，在突发事件案例丰富的条件下，能够满足处置突发事件方案准确生成的实际需要。20次实验的方案生成耗时如表3所示。

5 结 语

本文提出了一种基于CBR的突发事件处置方案快速生成方法，该方法通过案例库建模、相似性度量计算以及初始方案优化等步骤，能够快速、准确地生成突发事件的处置方案。通过实验可知，该方法具备较强的科学性和时效性，能够为突发事件的有效处置提供较好支持。

参考文献

[1] 王世云，刘彦存，蔡鄂，等.基于案例推理机动工程保障方案生成模型研究[J].军事运筹与系统工程，2012（2）：21?25.

[2] 张天兵，彭启伟.基于形式化预案的电力应急辅助决策规则生成方法[J].电力系统自动化，2010（22）：67?69.

[3] 李皓，常国岑，孙鹏，等.基于Agent的作战方案自动生成系统研究[J].系统工程与电子技术，2009（1）：134?136.

[4] 李建洋，陈雪云，刘慧婷，等.基于案例推理表示的研究[J].合肥学院学报：自然科学版，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] 汤文宇，李玲娟.CBR方法中的案例表示和案例库的构造[J]. 西安邮电学院学报，2006（5）：75?78.

[8] 朱乾有.基于CBR和RBR技术的突发事件预案管理系统的研究[D].西安：长安大学，2011.

由表1可知，从模型结构方面，模型主要从情况描述、处置经过、经验教训等三方面对突发事件案例进行分类，将其细化为在突发事件处置中的各方面属性，其中事件性质、事件规模和地理气候是对事件情况的描述；处置实施是对处置经过的概述；经验、教训、建议和启示是对整个事件的总结和延伸。从数据类型方面，所有侧面值，均可以用数字、枚举和文本类型进行描述。

2 参考案例相似性度量

衡量两个突发事件之间相似性，一般从事件性质、事件规模和地理气候三个属性来考虑。案例相似性度量（Similarity Measure）的选择是CBR检索的关键，合理有效的度量函数可以使用户快速、准确地在案例库中检索到相似案例，为方案的快速生成提供可能。本文基于层次分析法[8]，将案例属性之间的相似性度量定义为局部相似性度量，将案例整体的相似性度量定义为全局相似性度量，通过求案例各属性相似性度量的加权和来得到整体案例的相似性度量，进而从案例库中选择整体相似度最高的案例作为参考案例。

2.1 局部相似性度量

由表1可知，事件性质、事件规模和地理气候三个属性中的内容，仅包含数字和枚举两种类型。因此，局部相似性度量应该由数字类型相似性度量和枚举类型相似性度量组合而成。

4.2 实验过程

首先在案例库中随机选取20个成功案例作为当前突发事件，剩余的772个案例作为案例库中的历史突发事件。按顺序从随机选取的已有20个成功案例中选取一个案例A，将A中的基本情况输入案例库，在含有772个案例的案例库中进行相似性度量的计算，提取出全局相似性度量值最大的案例作为A的参考案例，选择其处置方案作为初始方案，然后人工对其进行修改形成最终方案。为了定量表示最终方案与原方案之间的相似度，将优化后的最终方案输入到myCBR中，通过myCBR比较生成方案和事件A原方案的相似性。以此类推，形成20个比较结果。为了比较方案生成的效率，对每一次方案生成的耗时进行记录，人工对方案的修改依业务熟练程度的不同而不同，取平均时间6 h。具体过程以某一事件为例进行说明：

（1） 输入待求问题基本情况为：2010年杨庄矿务局因亏损严重，宣布破产，部分社会反动分子借机造谣生事，煽动不明真相群众，手持棍棒，包围矿务局大院，实施打砸抢等危害社会行为，天气炎热，聚集人数达到2 000人。

（2） 通过局部相似性度量分别计算，从事件性质、事件规模和地理气候三方面与案例库中的每个案例对应属性进行相似性度量，度量值分别为0.93、0.92、0.95，依据以往处置突发事件的丰富经验，地理气候决定基本处置手段，事件规模限定参与处置的人数，事件性质涵盖突发事件的处置方式，遂针对此情况特点，对三者分别加权为0.5，0.3，0.2。而后通过全局相似性度量计算，得出的最大的度量值为0.93，其对应案例被选定为最相似案例，完成检索。

（3） 通过人工对初始方案进行修改，形成最终方案。

（4） 将最终方案输入到myCBR中与事件原处置方案进行比较，得出相似性数值，并记录方案生成的耗时。

4.3 实验结果及分析

由表2可以看出，根据本方法生成的突发事件处置方案与原处置方案相比，具有很高的相似性，myCBR的比较结果都在0.95以上。可以看出，在突发事件案例丰富的条件下，能够满足处置突发事件方案准确生成的实际需要。20次实验的方案生成耗时如表3所示。

5 结 语

本文提出了一种基于CBR的突发事件处置方案快速生成方法，该方法通过案例库建模、相似性度量计算以及初始方案优化等步骤，能够快速、准确地生成突发事件的处置方案。通过实验可知，该方法具备较强的科学性和时效性，能够为突发事件的有效处置提供较好支持。

参考文献

[1] 王世云，刘彦存，蔡鄂，等.基于案例推理机动工程保障方案生成模型研究[J].军事运筹与系统工程，2012（2）：21?25.

[2] 张天兵，彭启伟.基于形式化预案的电力应急辅助决策规则生成方法[J].电力系统自动化，2010（22）：67?69.

[3] 李皓，常国岑，孙鹏，等.基于Agent的作战方案自动生成系统研究[J].系统工程与电子技术，2009（1）：134?136.

[4] 李建洋，陈雪云，刘慧婷，等.基于案例推理表示的研究[J].合肥学院学报：自然科学版，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] 汤文宇，李玲娟.CBR方法中的案例表示和案例库的构造[J]. 西安邮电学院学报，2006（5）：75?78.

[8] 朱乾有.基于CBR和RBR技术的突发事件预案管理系统的研究[D].西安：长安大学，2011.